[发明专利]一种用于常温降解VOCs的原子级“微纳催化胶囊”

摘要

本发明公开了一种用于常温降解VOCs的原子级“微纳催化胶囊”。首先通过浸渍法与金属浸出法结合制备贵金属原子级活性位点催化剂，并在制备好的催化剂一侧半涂覆金属层，形成“胶囊”结构，当其暴露于近红外光下时，涂覆侧金属由于表面等离子共振(SPR)而产生光热效应，与裸露侧形成温度梯度，从而构建微纳催化马达，由于微纳马达的自驱动快速运动将被动的催化反应变为主动，使催化剂比在静态时更快的工作，从而显著提高其催化性能。本发明提供的原子级“微纳催化胶囊”能够使贵金属在载体表面以原子分散的形式存在，大大提高了原子利用率，将其应用于常温催化降解有机废气中的VOCs，降解效果极好，去除率能达到90％以上。

主权项

1.一种用于常温降解VOCs的原子级“微纳催化胶囊”的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)制备贵金属原子级活性位点催化剂，包括以下步骤：第一步，采用水热法制备过渡金属氧化物载体，具体过程如下：(a)取0.1～5g表面活性剂于10～50ml蒸馏水中，在磁力搅拌下使其充分溶解形成第一溶液；(b)在搅拌条件下向第一溶液中加入5～15g过渡金属盐，继续搅拌形成透明、均一且稳定的第二溶液，然后，向第二溶液中滴加质量百分比为25％的氨水将第二溶液pH调节为9～11，继续搅拌1～3h；(c)将半透明、胶状的溶液转移至聚四氟乙烯衬里的高压釜中，置于100～200℃烘箱中，加热反应4～48h，反应完毕后，将高压釜冷却至10～30℃，离心分离，收集沉淀物；(d)将沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤3～4次，置于60～100℃烘箱中干燥2～12h，即得到过渡金属氧化物载体；第二步，称取所述的过渡金属氧化物载体2～4g分散到20～60ml蒸馏水中形成第一分散液；第三步，将贵金属的盐或酸溶液加入到所述的第一分散液中，使混合后溶液中贵金属与过渡金属氧化物的质量比为1:10～1:600，超声30～40min后，置于60℃～80℃油浴锅中，用碳酸钠溶液调节pH至6～9，在搅拌下加热2～4h，使水分全部蒸干，将所得沉淀物用蒸馏水洗涤抽滤3～4次，然后置于60～120℃烘箱中干燥1～4h，最后在温度为300～500℃的马沸炉中煅烧4～6h，得到贵金属原子级活性位点催化剂；(2)对贵金属原子级活性位点催化剂进行浸提，步骤为：将步骤(1)得到的所述的原子级活性位点催化剂分散在20～30ml浸提液中形成第二分散液，用碳酸钠溶液调节第二分散液pH值使得载体上负载的贵金属原子达到最大浸出量，然后置于40～160℃油浴锅中浸提8～14h，直至浸提液全部蒸干，用蒸馏水洗涤抽滤沉淀物3～4次，于80～120℃下干燥4～12h，最后在300～500℃下煅烧2～6h，得到高度分散的贵金属原子级活性位点催化剂；(3)制备原子级“微纳催化胶囊”，包括以下步骤：第一步，将步骤(2)所得的高度分散的贵金属原子级活性位点催化剂分散到20～30ml无水乙醇中形成第三分散液，超声10～30min；第二步，以1:1～1:6的体积比将质量分数为20～70％的H₂O₂溶液加入到质量分数为70％～90％的浓硫酸中形成混合溶液；然后把载玻片放入到30～50ml上述混合溶液中，摇晃20～40s，分别用去离子水、超纯水清洗载玻片，用纯度为99.999％的N₂将载玻片吹干，并重复上述步骤3～4次，使载玻片表面高度亲水；第三步，用移液枪移取50～200μl第三分散液到处理后的载玻片上，于40～80℃下干燥1～2h；第四步，使用磁控离子溅射仪在高度分散的贵金属原子级活性位点催化剂表面溅射金属层，使得金属层覆盖催化剂表面积的1/2，金属层厚度为6～30nm，在磁控离子溅射仪的真空室冷却后取出；第五步，将载玻片置于10～20ml无水乙醇中超声5～10min，使溅射金属层后的贵金属原子级活性位点催化剂从载玻片上脱落，取出载玻片，将催化剂浊液置于60～120℃烘箱中干燥1～4h，得到固体粉末，即所述的原子级“微纳催化胶囊”。