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一种用于低温一氧化碳催化氧化的钯基光热协同催化剂的制备及应用

摘要

一种用于低温一氧化碳催化氧化的钯基光热协同催化剂的制备及应用,属于环境保护和催化剂领域。该材料的制备方法包括CeO2载体的制备以及氧化钯和贵金属钯的负载。本发明中所得钯/氧化钯/CeO2催化剂可以在光热协同的条件下实现一氧化碳在较低的温度区间的高效燃烧。其中,钯/氧化钯是反应活性中心,氧化钯、CeO2半导体性质使其具有很好的光吸收性能,在光照下产生光生电荷;通过电荷转移,进一步活化钯或氧化钯,降低一氧化碳的活化能,提升该催化剂的反应活性,实现低温的一氧化碳催化氧化。本发明的催化剂制备方法简单,温和可以实现大规模的生产,具有一定的实用价值。

著录项

  • 公开/公告号CN112916001A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2021-06-08

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 北京工业大学;

    申请/专利号CN202110100624.0

  • 发明设计人 孙再成;董晨曦;曲丹;安丽;

    申请日2021-01-25

  • 分类号B01J23/63(20060101);B01J35/00(20060101);B01D53/86(20060101);B01D53/62(20060101);

  • 代理机构11203 北京思海天达知识产权代理有限公司;

  • 代理人张立改

  • 地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号

  • 入库时间 2023-06-19 11:21:00

说明书

技术领域

本发明涉及一种以CeO

背景技术

随着经济的不断发展,汽车拥有量不断提升,导致汽车尾气大量排放,城市地区一氧化碳浓度已达到令人担忧的水平。在工业上,燃料的燃烧,煤、石油生产过程,火力发电厂、钢铁厂、石油化工厂、水泥厂等排出的烟尘和废气都含有大量的一氧化碳气体。一氧化碳是一种有毒有害气体,无色无味,易与人体的血红蛋白结合,使氧气供应不足导致窒息死亡。一氧化碳的低温(<100℃)消除在许多方面都有重要的使用价值,在二氧化碳激光器中气体的纯化、一氧化碳气体探测器材料、呼吸用气体净化装置、烟草降害以及封闭体系(如:飞机,潜艇,航天器等)中微量一氧化碳的消除等方面都有重要的应用前景。另外在燃料电池研究中,通过低碳醇和烃类部分氧化或水蒸气重整制得的富氢气常含有约0.5-3%mol的一氧化碳,其存在不但会引起燃料电池电极中毒而且还会与氢气竞争与氧的反应,从而导致燃料电池的效能大幅度降低,必须选择性消除一氧化碳。因此实现一氧化碳较低温度下氧化转化已经成为催化研究的热点问题之一。

热催化通常在高温下进行,能量消耗大,并且对于贵金属负载型催化剂,在高温下容易造成贵金属的烧结,使催化活性下降。因此开发低温高效一氧化碳脱除技术引起了人们广泛关注并成为了一项重要的研究课题。

太阳能因其无污染、取之不尽用之不竭的特点而备受研究者们的关注。作为一种丰富的可再生能源,具有分布广泛,储量丰富,且易于开发等优势。因此,太阳能向化学能的转换被认为是解决全球能源和环境问题的重要手段之一,已在世界范围内的科研界和工业界达成了共识。光催化在许多领域,如光催化产氢以及光降解有机物等方面都具有重要的应用。常见的光催化剂材料包括有机化合物,半导体材料,其中半导体材料是研究重点,当合适的光源(其能量与半导体的禁带宽度相匹配或大于其禁带宽度)照射到半导体材料上时,电子从价带被激发到导带上,形成电子空穴对(光生载流子),然后一部分光生电子空穴对迁移到半导体材料表面与相应的氧化还原受体发生反应。而其余的光生电子或空穴则在半导体内部发生复合,以光或热的形式释放出能量。

由于地球上存在丰富的太阳能,将光和热结合起来将会很大程度上提高太阳能的利用,并且节约能源,CeO

发明内容:

本发明提供了一种用于低温一氧化碳催化氧化的钯基光热协同催化剂,解决了现有技术中一氧化碳催化氧化所需反应温度高,消耗能源大的问题。

为解决上述问题,本发明的具体实施方法如下:

一种用于低温一氧化碳催化氧化的钯基光热协同催化剂,所述催化剂为钯或/和氧化钯/CeO

上述所述的一种用于低温一氧化碳催化氧化的钯基光热协同催化剂的制备方法,按以下步骤执行:

(1)采用水热法利用铈源制备CeO

(2)对CeO

(3)将负载钯的CeO

进一步地,步骤(1)中所述的CeO

步骤(1)中所述的铈源为醋酸铈,硝酸铈,氯化铈中的一种。获得CeO

进一步地,步骤(2)中所述的负载钯的具体方法为:在浓度为0.046mg/ml-0.46mg/ml的钯前驱体溶液中加入CeO

钯前驱体可以为硝酸钯,醋酸钯和氯化钯中的一种或多种

进一步地,步骤(3)中的特定气体氛围指的是氢气,氩气和氢/氩混合气中的一种。

本发明所述的沉淀剂为12%-28%的浓氨水或氢氧化钠或氢氧化钾等碱性溶液。

催化剂中钯的含量为0.05-10wt%,优选含量为0.5-5wt%。

所得催化剂可用于光、热或光热协同催化一氧化碳燃烧转化为二氧化碳反应中。反应所需光的功率密度为5-1500mW/cm

本发明中所获得的钯/氧化钯/CeO

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定,在附图中:

图1不同钯负载量的钯/氧化钯/CeO

图2氙灯不同的功率密度下1.5Pd/CeO

图3加装不同波长截止光学滤光片下1.5Pd/CeO

具体实施方式:

通过下述实施例,对比例以及附图将有助于理解本发明,但不限制本发明内容。

实施例1:

研究载体的形貌对钯/氧化钯/CeO

钯/氧化钯/CeO

载体的制备:称取1.737g六水和硝酸铈,溶于5ml去离子水中,得到硝酸铈水溶液,将上述溶液加入到70ml,6M的NaOH溶液中得到混合液,搅拌30分钟后,将上述混合液装入到带有不锈钢套的水热反应釜中,将反应釜放入烘箱中,100℃加热24小时,将所得到的产物离心,倒去上清液,用去离子水和无水乙醇对下层沉淀各洗涤三次后放于70℃的烘箱中烘干,研磨充分后置于马弗炉中500℃焙烧6小时,得到CeO

钯的负载:称取200mg上述载体CeO

催化剂的活化:将所得到的氧化钯/CeO

本发明各实施例的分析评价方法为:

本实施例中所合成的催化剂活性测试中,以一氧化碳氧化为探针反应。催化剂评价方法:热催化:一氧化碳催化氧化反应在常压固定床中进行性能评价,称取所述催化剂50mg,制备成40-60目大小,与600mg 40-60目石英砂充分混合后置于固定床反应器中,通入反应气体,所述反应气体组成为2vol%CO,40vol%O

光催化:评价方法同热催化,添加外置光源,所述外置光源为氙灯,设置外置光源与催化剂保持一定距离,调节氙灯能量密度为700mW/cm

催化剂评价测试表明,使用本方法制备的催化剂在不加光时T

实施例2:

研究载体的形貌对钯/氧化钯/CeO

钯/氧化钯/CeO

载体的制备:基本步骤同实施例1。

实施例2与实施例1所不同的是:

在CeO

钯的负载:基本步骤同实施例1。

催化剂的活化:基本步骤同实施例1,记为钯/氧化钯/CeO

催化剂活性测试:基本步骤同实施例1。

催化剂评价测试表明,使用本方法制备的催化剂在不加光时T

实施例3:

研究载体的形貌对钯/氧化钯/CeO

钯/氧化钯/CeO

载体的制备:称取3.173g醋酸铈,溶于25ml去离子水中,得到醋酸铈水溶液,将上述溶液滴加到25ml的乙二醇中得到混合液1,搅拌10分钟后,向上述混合溶液中加入25ml浓度为28%的浓氨水,继续搅拌10分钟得到混合液2,将混合液装入到带有不锈钢套的水热反应釜中,将反应釜放入烘箱中,140℃加热12小时,将所得到的产物离心,倒去上清液,用去离子水和无水乙醇对下层沉淀各洗涤三次后放于70℃的烘箱中烘干,研磨充分后置于马弗炉中500℃焙烧6小时,得到CeO

钯的负载:基本步骤同实施例1,记为氧化钯/CeO

实施例3与实施例1不同的是:

催化剂载体为CeO

催化剂的活化:基本步骤同实施例1,记为钯/氧化钯/CeO

催化剂活性测试:基本步骤同实施例1。

催化剂评价测试表明,使用本方法制备的催化剂在不加光时T

实施例4:

研究钯的存在形式对钯/氧化钯/CeO

载体的制备:基本步骤同实施例3。

钯的负载:基本步骤同实施例3。

实施例四与实施例1不同的是:焙烧气氛为5%H

催化剂的活化:基本步骤同实施例1,记为钯/氧化钯/CeO

催化剂活性测试:基本步骤同实施例1。

催化剂评价测试表明,使用本方法制备的催化剂在不加光时T

实施例五:

研究钯载量对钯/氧化钯/CeO

载体的制备:基本步骤同实施例3。

钯的负载:基本步骤同实施例1。

实施例五与实施例1不同的是:称取六水和硝酸钯的质量分别为0.0025g、0.005g、0.0075g、0.015g、0.025g、0.050g。制备完成后即可得到钯负载量分别为0.5%、1.0%、1.5%和3.0%的钯/氧化钯/CeO

本实施例中催化剂的活化以及催化剂活性测试:基本步骤同实施例1。

图1为不同钯负载量的钯/氧化钯/CeO

实施例6:

研究氙灯功率密度对钯/氧化钯/CeO

载体的制备:基本步骤同实施例3。

钯的负载:基本步骤同实施例1。

实施例六与实施例1不同的是:称取六水和硝酸钯的质量分别为0.0075g。

催化剂的活化:基本步骤同实施例1

催化剂活性测试:基本步骤同实施例1。

实施例六与实施例1不同的是:调节氙灯功率密度为:100mW/cm

图2氙灯不同的功率密度下1.5Pd/CeO

实施例7:

研究光的波长对钯/氧化钯/CeO

载体的制备:基本步骤同实施例3。

钯的负载:基本步骤同实施例5。

催化剂的活化:基本步骤同实施例1。

本实施例中所合成的催化剂活性测试同实施例1。

实施例7与实施例7不同的是:在氙灯灯头加装400nm、450nm、550nm、600nm和650nm截止光学滤光片。

图3为在加装不同波长滤光片下1.5Pd/CeO

从上述实施例可以看出,通过制备CeO

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