本發(fā)明涉及化學(xué)催化劑合成及其應(yīng)用，特別是涉及一種單原子貴金屬型催化劑及其制備方法和在氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化氧化中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、來源于焦化、鋼鐵、噴涂等行業(yè)釋放的大量揮發(fā)性有機(jī)污染物(volatile?organiccompounds,vocs)對環(huán)境和人體健康都造成了極大的危害。其中，氯代揮發(fā)性有機(jī)物(cvocs)由于其高毒性、難降解性和生物蓄積性被列為優(yōu)先控制的污染物。

2、垃圾、廢物焚燒煙氣和冶金等行業(yè)都會(huì)產(chǎn)生大量的cvocs，這些cvocs在特定條件下(200-400℃)可以轉(zhuǎn)變更難分解的二噁英，甚至帶給人類更嚴(yán)重的疾病問題，例如癌癥或者器官畸變，所以必須從源頭上控制cvocs的排放。

3、催化燃燒法是借助催化劑在特定的溫度下將cvocs分解轉(zhuǎn)化為co2、h2o、hcl或其它低毒有機(jī)物的去除手段，該方法具有設(shè)備簡單、可操作性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、可降解cvocs濃度范圍寬的優(yōu)勢，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于企業(yè)的集中排放治理。

4、在cvocs的催化燃燒中，催化劑的選擇是關(guān)鍵因素。單原子貴金屬負(fù)載型催化劑將負(fù)載的貴金屬尺寸由納米顆粒縮減至原子級別，在相同貴金屬含量下可以大大提高貴金屬的使用效率，增加了催化劑的活性位點(diǎn)，節(jié)省貴金屬的量，提高了催化活性。根據(jù)載體不同，可將au、pd、pt、ru等貴金屬作為活性位點(diǎn)。同時(shí)，與單一金屬載體相比，多組分復(fù)合金屬氧化物載體可以通過調(diào)節(jié)金屬的種類和比例來實(shí)現(xiàn)組分間的協(xié)同作用，促進(jìn)貴金屬的分散，從而在催化燃燒反應(yīng)中具有更好的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種單原子貴金屬型催化劑及其制備方法和在氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化氧化中的應(yīng)用，旨在解決氯代揮發(fā)性有機(jī)物(cvocs)催化氧化中的關(guān)鍵問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一是提供一種sn摻雜的鈰基材料作為氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化劑載體的應(yīng)用。

4、本發(fā)明技術(shù)方案之二是提供一種單原子貴金屬型催化劑，以單原子ru為負(fù)載物，以sn摻雜的鈰基材料為載體。

5、本發(fā)明技術(shù)方案之三是提供一種具體的單原子貴金屬型催化劑，化學(xué)組成為ru-snxce1-xo2，其中，x＜1。本發(fā)明催化劑通過將釕(ru)以單原子形式分散在sn摻雜的鈰基材料上，實(shí)現(xiàn)了卓越的催化性能。

6、本發(fā)明技術(shù)方案之四是提供上述單原子貴金屬型催化劑的制備方法，包括以下步驟：

7、(1)制備snxce1-xo2載體：將鈰鹽和錫鹽于ph＝9.4-9.6條件下在水中混合反應(yīng)，過濾，收集沉淀洗滌至中性，干燥后煅燒，冷卻得到snxce1-xo2載體，其中，x＜1；

8、(2)制備單原子貴金屬型催化劑：將所述snxce1-xo2載體于ru鹽中浸漬，之后干燥、煅燒，得到所述單原子貴金屬型催化劑。

9、進(jìn)一步地，所述鈰鹽和錫鹽中，鈰和錫的摩爾比為0.3-5:5-9.7。

10、進(jìn)一步地，所述鈰鹽為硝酸鈰，所述錫鹽為二氯化錫；所述ru鹽為三氯化釕。

11、進(jìn)一步地，所述混合反應(yīng)的時(shí)間為12-16h。

12、步驟(1)和步驟(2)中所述干燥的溫度為100-110℃；所述煅燒的溫度為350-400℃。

13、更進(jìn)一步地，所述煅燒的時(shí)間為3.5-4h。

14、本發(fā)明技術(shù)方案之五是提供上述單原子貴金屬型催化劑在氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化氧化中的應(yīng)用。sn的加入使載體形成固溶體，促進(jìn)貴金屬ru的分散形成單原子，增加了活性位點(diǎn)數(shù)量并且提高了原子利用率，使氯代揮發(fā)性有機(jī)物吸附在催化劑表面，首先c-cl鍵斷裂，然后開環(huán)形成各種副產(chǎn)物，繼續(xù)深度氧化成co2和h2o。

15、進(jìn)一步地，所述氯代揮發(fā)性有機(jī)物為氯苯。氯苯是氯代揮發(fā)性有機(jī)物中毒性最高的污染物，以氯代苯環(huán)為主要結(jié)構(gòu)，具有毒性大、難降解性等特點(diǎn)，常溫常壓下性質(zhì)穩(wěn)定，可破壞臭氧層，導(dǎo)致溫室效應(yīng)和光化學(xué)煙霧形成，是一類較難處理、嚴(yán)重威脅人類健康和生態(tài)環(huán)境的有害物質(zhì)，利用氯苯作為氯代揮發(fā)性有機(jī)物的代表性研究對象，具有重要意義。

16、本發(fā)明催化劑在處理含氯揮發(fā)性有機(jī)污染物方面表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和選擇性，能夠有效降低有害物質(zhì)的排放，具有廣闊的應(yīng)用前景。

17、本發(fā)明采用共沉淀法制備的snxce1-xo2金屬氧化物作為催化劑載體，通過浸漬法負(fù)載貴金屬ru。載體制備過程中，sn進(jìn)入ce的晶格中形成固溶體，固溶體結(jié)構(gòu)的生成會(huì)形成表面缺陷，高缺陷含量有利于氯代揮發(fā)性有機(jī)物在催化劑表面的吸附。

18、本發(fā)明提供一種單原子貴金屬型催化劑ru-snxce1-xo2，該單原子貴金屬負(fù)載型催化劑為貴金屬ru與催化劑載體snxce1-xo2負(fù)載得到，sn的摻入使載體形成了snce固溶體，固溶體結(jié)構(gòu)的生成會(huì)形成更多表面缺陷，牢固錨定單原子ru，同時(shí)，ru-o-ce、ru-o-sn共同促進(jìn)了ru0和氧空位的協(xié)同作用，增加了氧化還原性能，另外在酸性位的共同作用下，對cvocs的催化氧化(尤其是氯苯的催化氧化)產(chǎn)生了較強(qiáng)的催化活性和選擇性。

19、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

20、本發(fā)明通過引入sn摻雜的鈰基材料作為載體，并結(jié)合單原子貴金屬催化劑的設(shè)計(jì)與制備，成功解決了現(xiàn)有技術(shù)中cvocs催化氧化效率低、穩(wěn)定性差的問題。本發(fā)明的單原子貴金屬型催化劑具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、抗毒化能力強(qiáng)，對氯代揮發(fā)性有機(jī)物具有較強(qiáng)分解能力的特點(diǎn)，不僅具有高的催化活性和選擇性，還顯著延長了催化劑使用壽命，為環(huán)境保護(hù)和工業(yè)應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.sn摻雜的鈰基材料作為氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化劑載體的應(yīng)用。

2.一種單原子貴金屬型催化劑，其特征在于，以單原子ru為負(fù)載物，以sn摻雜的鈰基材料為載體。

3.一種單原子貴金屬型催化劑，其特征在于，元素組成為ru-snxce1-xo2，其中，x＜1，所述單原子貴金屬型催化劑以單原子ru為負(fù)載物，以snxce1-xo2為載體。

4.如權(quán)利要求3所述的單原子貴金屬型催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述鈰鹽和錫鹽中，鈰和錫的摩爾比為0.3-5:5-9.7。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述鈰鹽為硝酸鈰，所述錫鹽為二氯化錫；所述ru鹽為三氯化釕。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述混合反應(yīng)的時(shí)間為12-16h。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述干燥的溫度為100-110℃；所述煅燒的溫度為350-400℃；步驟(2)中所述干燥的溫度為100-110℃；所述煅燒的溫度為350-400℃。

9.如權(quán)利要求2-3任一項(xiàng)所述的單原子貴金屬型催化劑在氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化氧化中的應(yīng)用。

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述氯代揮發(fā)性有機(jī)物為氯苯。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種單原子貴金屬型催化劑及其制備方法和在氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化氧化中的應(yīng)用，涉及化學(xué)催化劑合成及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以Sn摻雜的鈰基材料作為氯代揮發(fā)性有機(jī)物催化劑載體，Sn的摻入使載體形成SnCe固溶體，可以提升對CVOCs的催化活性和選擇性，本發(fā)明單原子貴金屬型催化劑的元素組成為Ru?Sn<subgt;x</subgt;Ce<subgt;1?x</subgt;O<subgt;2</subgt;，其中，X＜1，該單原子貴金屬型催化劑由催化劑載體Sn<subgt;x</subgt;Ce<subgt;1?x</subgt;O<subgt;2</subgt;負(fù)載貴金屬Ru得到，具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐受性強(qiáng)，對氯代揮發(fā)性有機(jī)物具有較強(qiáng)分解能力的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳曦,梁美生,王夢雪,魯世瑤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15