[发明专利]光致热驱动Pt-CNTs催化净化VOCs

说明书

本发明公开了一种具有光致热催化净化VOCs（如甲苯）的碳纳米管负载铂的催化剂及其应用。该催化剂的制备方法包括：（1）将贵金属前驱体的水溶液与碳材料混合；（2）超声分散5~30 min；（3）50~80℃温度下搅拌加热5~8小时；（4）80~120℃烘箱中干燥6~8小时；（5）在10~100 mL/min的氢气氛围下，以2~10℃/min的速率升至200~400℃,保持2~4小时。所述贵金属铂和碳纳米管的质量比为0~3%。本发明的有益效果在于：（1）本发明制备的催化剂，在紫外、可见及红外光谱区域都有很强的吸收，能够将全波段光谱吸收并转化为热能，高效催化净化VOCs；（2）制备工艺简单，反应条件温和。

技术领域

本发明属于一种催化剂材料及其制备方法和应用，具体涉及一种光催化降解气相挥发性有机物的碳纳米管负载贵金属铂的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机污染物（Volatile Organic Compounds, VOCs）（如甲苯等）不仅对环境造成严重的污染，还危害人体的健康。因此，挥发性有机污染物的控制和消除已经成为环保领域的研究热点。常见VOCs 消除的主要技术方法包括：吸附、冷凝、催化氧化、等离子体氧化、光催化氧化法和生物降解等。其中，光催化法利用光源照射催化剂，产生具有强氧化性的光生空穴、羟基自由基和超氧自由基，把VOCs降解为无害的CO₂和H₂O。直接利用太阳光驱动催化剂矿化净化VOCs，成为一种理想的环境污染治理技术。TiO₂光催化剂因其便宜、无毒、稳定性等，被广泛应用。它的半导体带隙为3.2 eV，但其仅具有紫外光催化响应，无法利用可见光和红外光。

在太阳入射到地球的能量中，紫外光区域只占了5%（<400 nm），而剩下的区域是50%的可见光（400~780 nm）和45%的红外光（>780 nm）。近几十年来，人们一直致力于拓宽催化剂光谱的响应范围，包括: （1）改性TiO₂等带隙较宽的紫外光催化剂如离子掺杂、金属沉积、半导体材料复合、表面光敏化等。Choi等（Journal of Physical Chemistry C. 2010,114, (2), 783-792.）制备贵金属Pt/TiO₂；Yang等（J. Mater. Chem. 2010, 20, (25),5301-5309.）合成氮掺杂TiO₂；Xiao等（ACS Appl. Mater. Interfaces. 2012, 4, (12),7054-7062.）制备ZnO/TiO₂异质结。（2）探索新型窄带隙半导体光催化剂材料，如g-C₃N₄（Nat. Mater. 2009, 8, (1), 76-80），BiVO₄（Nat. Commun. 2013, 4, 7.）。这些研究工作将光催化响应范围拓展到可见光区域，但占据太阳光能量44%的近红外光部分的研究较少。Li等（ACS Catal. 2015, 5, (6), 3278-3286.）通过制备TiO₂/CeO₂复合材料，在全光谱照射下，光热协同，对气相苯的降解表现出很好的催化活性。中国发明专利（CN201310285858.2）中发明了一种全光谱太阳光驱动隐锰钾矿纳米棒催化剂，在紫外、可见及红外光谱有很强的吸收，具有高效的紫外、可见、红外光及全光谱光致热催化降解VOCs的催化活性和良好的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有有效利用全光谱，吸收光能并转化为热能，高效催化净化VOCs（如甲苯等）的催化剂。

本发明的高效的VOCs催化降解材料的制备方法为：

（1）称取定量的铂金属前驱物的水溶液，加入定量的碳纳米管，混合均匀，得到碳纳米管和铂金属前驱物水溶液的混合液；

（2）将碳纳米管和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于超声器中，得到分散较好的碳纳米管和铂金属前驱物水溶液的混合液；