[发明专利]一种用于气态氢氚催化氧化的催化剂及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于氢氚催化氧化环境保护技术领域，特别涉及到一种用于气态氢氚催化氧化回收的氧化铂/过渡金属氧化物催化剂及其制备方法，并提供了一种用于完全催化氧化回收环境中氢氚所含的氚元素的方法。 

背景技术

氚是一种非常重要的国防资源，氚的回收具有重要的国防意义以及经济价值。由于氢氚的催化氧化产生大量的水，如果使用亲水性的载体，环境中的水会吸附在催化剂表面，大大降低催化剂的活性；同时，由于亲水性催化剂吸附大量的水分，不能回收得到全部的氢氚氧化生成的氚化水。 

制造氢氚催化氧化催化剂的方法主要有三种。（[1]侯京伟,胡胜,熊亮萍等.保护剂对Pt/C/FN疏水催化剂氢-水交换反应催化性能的影响[C].//第九届全国核化学与放射化学学术研讨会论文集.2010:164.[2]李俊华,康艺,阮皓等.Pt-SDB憎水催化剂氢-水液相催化交换工艺研究[J].原子能科学技术,2002,36(2):125-128.DOI:10.3969/j.issn.1000-6931.2002.02.007.）第一种是先制备出Pt/C粉末，然后与聚四氟乙烯按照一定比例机械混合，然后通过压模成型（其中，聚四氟乙烯既作为粘结剂又提供一定的疏水性）。另一种方法是将金属活性成分直接沉积在疏水有机载体上（如聚乙烯-二乙烯基苯共聚物）上。第三种方法是先将活性组分分散在活性炭载体上，再将四氟乙烯单体辐照聚合成膜沉积在催化剂上。 

上述的三种方法都存在的问题是催化剂成本太高，而且由于用的是有机物载体，在较高的环境温度下有可能出现自燃的现象，具有一定的安全隐患。 

发明内容

本发明的目的在于公开一种用于气态氢氚催化氧化的催化剂及其制备方法，以及使用该催化剂催化氧化气态氢氚混合物的方法。该催化剂具有较强的疏水性、活性高、寿命长、成本低、在反应时不会发生自燃现象；用该催 化剂催化氧化气态氢氚混合物时，氚氢的转化率高、反应生成物的回收率高。 

本发明提供了一种用于气态氢氚催化氧化的催化剂，该催化剂包含过渡金属氧化物和氧化铂，按重量计算百分比计算，氧化铂的含量为0.1-10%。 

上述催化剂中，过渡金属氧化物为氧化铝、氧化钛、氧化锰、氧化钴、氧化铁、氧化镍之一或几种构成，优选的过渡金属为氧化铝、氧化锰、氧化铁或氧化钴中的一种，最优选的过渡金属氧化物为氧化铝。 

上述催化剂中，氧化铂含量优选0.5-3wt%，最优为1-3wt%。 

本发明的第二个目的在于提供了上述催化剂的制备方法，其步骤如下： 

A.过渡金属氧化物的制备：将质量分数为10-50%，最优为50% 

（以水为基准）的过渡金属氧化物前驱体水溶液滴加到搅拌中的质量分数为10-20%，最优为15%（以水为基准）的氢氧化钠水溶液中，其中过渡金属氧化物前驱体水溶液与氢氧化钠水溶液中溶质的质量比为1-2.5，最优为1.33。室温搅拌、静置陈化，然后抽滤、洗涤、干燥，再移至马弗炉中焙烧。其具体焙烧过程为：50℃开始加热，以2.5℃/min的升温速率进行程序升温，在500℃维持4h，得到过渡金属氧化物，取出后将催化剂研磨。 

B.疏水性的改性：称取上述方法制得的过渡金属氧化物配置 

成溶质质量分数为3-8%，最优为5%的甲苯溶液，将制得的过渡金属甲苯溶液与硅烷偶联剂以溶质质量比为2.28混合，在120℃条件下回流5小时，抽滤，用乙醇洗涤，110℃下干燥，得到具有疏水性能的过渡金属氧化物。 

C.氧化铂负载：选自浸渍法、共沉积法、沉积沉淀法中任意一种方法。 

其中浸渍法的步骤为:将氯铂酸溶解在丙酮溶剂中，制备得到的质量分数为0.1-3%,较优的为1-3%的铂丙酮溶液；将上述配置好的铂/丙酮溶液，按照铂/丙酮溶液与过度金属氧化物质量比为4:5滴加到步骤B得到的过渡金属氧化物，在通风橱内浸渍5小时左右，110℃下干燥；浸渍好的催化剂中加入NaBH₄/C₂H₅OH溶液，Pt与NaBH4的摩尔比为1︰5，超声振荡30分钟，在通风橱内静置，使铂被充分还原，随后用水洗涤除去多余的NaBH₄粉末，110℃烘干，即得。