[发明专利]一种铂铁合金催化剂及其制备方法和在VOCs催化氧化中的应用

说明书

本发明公开了一种铂铁合金催化剂及其制备方法和在VOCs催化氧化中的应用。铂铁合金催化剂由铂铁合金纳米颗粒分散负载在活性三氧化二铝表面构成，其制备方法为将铂源和铁源通过液相法混合后，添加至碳质还原剂表面，挥发脱除溶剂后，在保护气氛下，对前驱体混合物施加超短电流脉冲进行还原反应，还原反应完成后迅速淬火至室温，得到铂铁合金纳米颗粒；将铂铁合金纳米颗粒与活性氧化铝溶胶混合后，破乳沉淀，离心分离，真空干燥，即得。该催化剂中铁铂比例高，成本低，且用于VOCs催化氧化，兼具有低温催化活性高，且长期使用稳定性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种催化材料，特别涉及一种铂铁合金催化剂，具体涉及一种活性氧化铝负载铂铁合金催化剂，还涉及一种通过碳热还原冲击法制备铂铁合金催化剂的方法以及铂铁合金催化剂在VOCs催化氧化中的应用，属于催化技术领域。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是指一类普遍存在于大气中并且具有污染性质的化合物，一般是指在正常大气压条件下饱和蒸汽压较高、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。挥发性有机化合物根据其化学结构进行进一步分类，大致可以分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。在室外空旷环境中，燃料燃烧和交通运输、工业生产所产生的工业废气、汽车尾气等会将大量的VOCs带入到大气中，而在室内，人们生活所需要的燃煤和天然气燃烧，室内装修材料、木质家具，清洁剂的使用都是VOCs的散发源。

目前已有很多方法用于降低环境中VOCs的浓度，如催化氧化、催化裂解、生物过滤、冷凝和吸附，其中催化氧化因其高效性和广泛的适用性受到越来越多的关注。催化氧化是指在一定压力和温度条件下，以Pt、Pd、Ni、Fe等金属材料或合金为催化剂，与以空气、氧气、臭氧等为氧化剂进行的氧化反应。在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，达到治理的目的。但催化过程中催化剂易中毒，如何在降低催化温度的前提下寻找寿命长、不易中毒的催化剂显得尤为重要。

根据催化剂的活性成分，通常分为负载型贵金属催化剂和非负载型贵金属氧化物催化剂两大类。贵金属催化剂表现出VOCs催化氧化的良好活性和稳定性，但昂贵的成本和易失活的特性会限制其工业应用。与贵金属氧化物催化剂相比，非贵金属氧化物催化剂的成本较低，且具有一定的抗毒能力，但其效率较低，导致能耗较大。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种由活性三氧化铝载体负载铂铁合金纳米颗粒构成的催化剂，该催化剂铁铂比例高，成本低，且用于VOCs催化氧化，兼具有低温催化活性高，且长期使用稳定性好等特点，在低温下可以实现VOCs的完全催化氧化，特别是对难氧化的甲苯催化氧化转化率达到99％以上，且氧化产物几乎全部为水和二氧化碳，催化氧化反应进行彻底。

本发明的第二个目的是在于提供一种简单、快速、低成本制备铂铁合金催化剂的方法。

本发明的第三个目的是在于提供一种铂铁合金催化剂在催化VOCs氧化中的应用，铂铁合金催化剂在较低温度下表现出活性高、长期使用稳定性好，催化氧化反应彻底等优势。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种铂铁合金催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

1)将铂源和铁源通过液相法混合后，添加至碳质还原剂表面，挥发脱除溶剂，得到前驱体混合物；

2)在保护气氛下，对前驱体混合物施加超短电流脉冲进行还原反应，还原反应完成后迅速淬火至室温，得到铂铁合金纳米颗粒；

3)将铂铁合金纳米颗粒与活性氧化铝溶胶混合后，破乳沉淀，离心分离，真空干燥，即得。

作为一个优选方案，所述铂源为易于溶解的含铂化合物，主要为铂盐，常见的如乙酰丙酮铂、氯酸铂、氯化铂中至少一种。

作为一个优选方案，所述铁源为易于溶解的含铁化合物，主要为铁盐，常见的如乙酰丙酮铁、氯化铁、氯化亚铁中至少一种。