本發(fā)明涉及一種單原子催化劑制備方法，協(xié)同低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)有害揮發(fā)性有機物凈化。
背景技術(shù)：
當(dāng)前社會，室內(nèi)空氣質(zhì)量問題是一個日益嚴峻且越來越受重視的一個問題，甲酸超標、微生物病毒細菌的傳播、空調(diào)綜合癥等各種問題不斷充斥著人們的眼線，各種工業(yè)廢氣、汽車尾氣的排放更是使得空氣質(zhì)量環(huán)境更加惡化，人們都在尋求一個簡單直接的方法來解決空氣質(zhì)量問題，保持身心健康?，F(xiàn)在室內(nèi)空氣凈化采用的手段包括靜電吸塵、負離子、等離子、臭氧、活性碳吸附、光催化氧化(光觸媒)等技術(shù)。
低溫等離子體技術(shù)消除污染物的研究最近比較火熱。其原理為：低溫等離子體中包含有大量的活性粒子，它們不僅種類繁多(氫氧自由基、單個氧原子等物質(zhì))，而且普遍都具有極強的氧化性，經(jīng)過一系列的催化氧化還原反應(yīng)，空氣中的各類有害有機物和微生物統(tǒng)統(tǒng)被處理掉，這項技術(shù)去除微生物的效果可達95％。但是其也存在缺陷。專利CN 104501311 A公布了一種室內(nèi)空氣凈化裝置，其主要是利用電暈放電技術(shù)來凈化室內(nèi)空氣，該技術(shù)可有效地殺死氣流中的細菌，但是其不能徹底分解去除污染物、極易引起二次污染、需要其他后續(xù)處理技術(shù)配合、能耗大等。
因此，研究者探索將低溫等離子體技術(shù)與催化技術(shù)有機地結(jié)合起來，很好地解決了這些問題。專利CN 103638761 A公布了一種低溫等離子體耦合催化凈化去除惡臭氣體的方法及其裝置，其主要利用低溫等離子技術(shù)協(xié)同催化氧化技術(shù)來處理惡臭氣體，該方法對可以實現(xiàn)常溫常壓常濕的條件下去除惡臭氣體。因此制備出協(xié)同低溫等離子技術(shù)的催化劑將會解決低溫等離子技術(shù)分解去除污染物不徹底、極易引起二次污染的缺點。而催化劑失活現(xiàn)象是所有催化反應(yīng)中不可避免、又必須克服的難題，如何提高催化劑的使用壽命是一個重要的難題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種室內(nèi)空氣凈化的單原子催化劑的制備方法，本方法制備的催化劑分散性好，貴金屬原子以單原子的形態(tài)存在于催化劑中，使用壽命長、原子利用率高，降低使用成本，且催化效果好。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種室內(nèi)空氣凈化的單原子催化劑的制備方法，包括以下步驟：
(a)制備載體：
(1)將Ce(NO3)3·6H2O溶于去離子水中，使其濃度為0.3-0.6mol/L，然后在溶液中加入乙二醇或甘油作分散劑，所述的溶液中的分散劑與Ce3+的摩爾比為(2-3):1；
(2)在溶液中滴加氨水至pH＝8-10，攪拌，然后靜置8-12h，過濾得到沉淀物；
(3)將過濾后的沉淀物用蒸餾水洗滌，再用乙醇洗滌除掉乙二醇或者甘油；
(4)將洗滌后的沉淀物置于100-120℃的烘箱中干燥4-6h；
(5)將干燥后的沉淀物研磨，使其顆粒直徑在20-40目，或直接裝入研缽中，然后放入馬弗爐中，在300-500℃焙燒得黃色的固體粉末CeO2載體；
(b)將RuCl3·3H2O溶解于去離子水中制得浸漬液，所述的浸漬液中釕的質(zhì)量濃度為5-50mg Ru/mL；
(c)制備單原子催化劑：采用浸漬法，將步驟(a)制備得到的CeO2載體加入步驟(b)制備得到的浸漬液中，接著加入溶于乙二醇的碘仿溶液，混合均勻，在10-30℃下浸漬10-18h，然后將浸漬后的溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上干燥4-8h，在300-500℃下煅燒4-6h，最后得到單原子催化劑Ru/CeO2，所述的浸漬液與碘仿的質(zhì)量比為(30-50):1。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的優(yōu)點：
1.我國稀土資源種類繁多，儲量豐富，價格便宜。納米稀土元素作為催化劑助劑，能夠有效提高催化劑活性組分的催化性能，還能通過納米稀土離子的價態(tài)改變儲存和釋放氧。
2.本發(fā)明制備的催化劑為單原子催化劑，不僅可以改變催化反應(yīng)的活性，而且一般催化反應(yīng)用量(負載量很低)極少，原子利用率極高，極大的克服了傳統(tǒng)催化劑金屬原子利用率低的缺點。
3.放電條件下，催化劑催化空氣發(fā)生一系列自由基鏈反應(yīng)分解生成大量的羥基自由基，由于羥基自由基很高的氧化電位，在常溫下就能夠深度氧化分解有害揮發(fā)性有機污染物，也能夠?qū)h(huán)狀化合物開環(huán)氧化分解為二氧化碳和水。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施案例，對本發(fā)明實施案例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明的一種室內(nèi)空氣凈化的單原子催化劑的制備方法，包括以下步驟：
(a)制備載體：
(1)將Ce(NO3)3·6H2O溶于去離子水中，使其濃度為0.3-0.6mol/L，然后在溶液中加入乙二醇或甘油作分散劑，所述的溶液中的分散劑與Ce3+的摩爾比為(2-3):1；
(2)在溶液中滴加氨水至pH＝8-10，攪拌，然后靜置8-12h，過濾得到沉淀物；
(3)將過濾后的沉淀物用蒸餾水洗滌，再用乙醇洗滌除掉乙二醇或者甘油；
(4)將洗滌后的沉淀物置于100-120℃的烘箱中干燥4-6h；
(5)將干燥后的沉淀物研磨，使其顆粒直徑在20-40目，或直接裝入研缽中，然后放入馬弗爐中，在300-500℃焙燒得黃色的固體粉末CeO2載體；
(b)將RuCl3·3H2O溶解于去離子水中制得浸漬液，所述的浸漬液中釕的質(zhì)量濃度為5-50mg Ru/mL；
(c)制備單原子催化劑：采用浸漬法，將步驟(a)制備得到的CeO2載體加入步驟(b)制備得到的浸漬液中，接著加入溶于乙二醇的碘仿溶液，混合均勻，在10-30℃下浸漬10-18h，然后將浸漬后的溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上干燥4-8h，在300-500℃下煅燒4-6h，最后得到單原子催化劑Ru/CeO2，所述的浸漬液與碘仿的質(zhì)量比為(30-50):1。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式，將所述的步驟(a)中制備的CeO2載體在微波反應(yīng)器中進行加熱，對所述的CeO2進行微波活化。微波可以增加載體的表面積，使載體表面的孔徑分散更加均勻，便于貴金屬的負載。
實施例1
(a)將Ce(NO3)3·6H2O溶于去離子水中，使其濃度為0.3mol/L，加入適量的乙二醇作分散劑(分散劑與Ce3+的摩爾比為2)。滴加氨水至pH＝10。繼續(xù)攪拌，靜置8h后，過濾，用蒸餾水洗滌3次，再用乙醇洗滌3次，然后置于110℃的烘箱中干燥4h。干燥后的沉淀物研磨，使其顆粒直徑在20-40目，然后放入馬弗爐，在300℃焙燒即可得黃色的固體粉末—CeO2載體。
(b)將RuCl3·3H2O溶解于去離子水中制得浸漬液，所述的浸漬液中釕的質(zhì)量濃度為5mg Ru/mL；
(c)采用等體積浸漬法，將步驟(a)制備得到的CeO2載體加入步驟(b)制備得到的浸漬液中，接著加入溶于乙二醇的碘仿溶液，混合均勻，10℃下浸漬10h，然后將浸漬后的溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上干燥4h，在300℃下煅燒4h，最后得到單原子催化劑Ru/CeO2，所述的浸漬液與碘仿的質(zhì)量比為30:1。
催化性能的測試在等離子體協(xié)同催化反應(yīng)器中進行，以甲醛為有害揮發(fā)性有機物，濃度為1000mg/m3，空速為10000h-1，用氣相色譜儀檢測反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度，并用臭氧分析儀檢測臭氧的進口和出口濃度。1#Ru/CeO2單原子催化劑的催化性能，見表1。
實施例2
(a)將Ce(NO3)3·6H2O溶于去離子水中，使其濃度為0.6mol/L，加入適量的甘油作分散劑(分散劑與Ce3+的摩爾比為3)。滴加氨水至pH＝8。繼續(xù)攪拌，靜置12h后，過濾，用蒸餾水洗滌3次，再用乙醇洗滌3次，然后置于100℃的烘箱中干燥6h。干燥后的沉淀物直接裝入研缽，放入馬弗爐中，在500℃焙燒即可得黃色的固體粉末—CeO2載體。
(b)將RuCl3·3H2O溶解于去離子水中制得浸漬液，所述的浸漬液中釕的質(zhì)量濃度為50mg Ru/mL；
(c)將步驟(a)制備得到的CeO2載體加入步驟(b)制備得到的浸漬液中，接著加入溶于乙二醇的碘仿溶液，混合均勻，30℃下浸漬18h，然后將浸漬后的溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上干燥8h，在500℃下煅燒5h，最后得到單原子催化劑Ru/CeO2，所述的浸漬液與碘仿的質(zhì)量比為50:1。
催化性能的測試在等離子體協(xié)同催化反應(yīng)器中進行，以甲醛為有害揮發(fā)性有機物，濃度為1000mg/m3，空速為10000h-1，用氣相色譜儀檢測反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度，并用臭氧分析儀檢測臭氧的進口和出口濃度。2#Ru/CeO2單原子催化劑的催化性能，見表1。
實施例3
(a)將Ce(NO3)3·6H2O溶于去離子水中，使其濃度為0.5mol/L，加入適量的甘油作分散劑(分散劑與Ce3+的摩爾比為2.5)。滴加氨水至pH＝9。繼續(xù)攪拌，靜置10h后，過濾，用蒸餾水洗滌3次，再用乙醇洗滌3次，然后置于120℃的烘箱中干燥5h。干燥后的沉淀物直接裝入研缽中，放入馬弗爐，在450℃焙燒即可得黃色的固體粉末—CeO2載體。
(b)將RuCl3·3H2O溶解于去離子水中制得浸漬液，所述的浸漬液中釕的質(zhì)量濃度為35mg Ru/mL；
(c)將步驟(a)制備的CeO2載體加入步驟(b)制備得到的浸漬液中，接著加入溶于乙二醇的碘仿溶液，混合均勻，25℃下浸漬15h，然后將浸漬后的溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上干燥5h，在450℃下煅燒5h，最后得到單原子催化劑Ru/CeO2，所述的浸漬液與碘仿的質(zhì)量比為40:1。
催化性能的測試在等離子體協(xié)同催化反應(yīng)器中進行，以甲醛為有害揮發(fā)性有機物，濃度為1000mg/m3，空速為10000h-1，用氣相色譜儀檢測反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度，并用臭氧分析儀檢測臭氧的進口和出口濃度。3#Ru/CeO2單原子催化劑的催化性能，見表1。
實施例4
(a)將Ce(NO3)3·6H2O溶于去離子水中，使其濃度為0.5mol/L，加入適量的甘油作分散劑(分散劑與Ce3+的摩爾比為2.5)。滴加氨水至pH＝9。繼續(xù)攪拌，靜置10h后，過濾，用蒸餾水洗滌3次，再用乙醇洗滌3次，然后置于120℃的烘箱中干燥5h。干燥后的沉淀物直接裝入研缽中，放入馬弗爐，在450℃焙燒即可得黃色的固體粉末—CeO2載體。將CeO2載體放入微波反應(yīng)器中加熱2h進行活化。
(b)將RuCl3·3H2O溶解于去離子水中制得浸漬液，所述的浸漬液中釕的質(zhì)量濃度為35mg Ru/mL；
(c)將步驟(a)活化的CeO2載體加入步驟(b)制備得到的浸漬液中，接著加入溶于乙二醇的碘仿溶液，混合均勻，25℃下浸漬15h，然后將浸漬后的溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上干燥5h，在450℃下煅燒6h，最后得到單原子催化劑Ru/CeO2，所述的浸漬液與碘仿的質(zhì)量比為40:1。
催化性能的測試在等離子體協(xié)同催化反應(yīng)器中進行，以甲醛為有害揮發(fā)性有機物，濃度為1000mg/m3，空速為10000h-1，用氣相色譜儀檢測反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度，并用臭氧分析儀檢測臭氧的進口和出口濃度。4#Ru/CeO2單原子催化劑的催化性能，見表1。
表1Ru/CeO2單原子催化劑上甲醛催化凈化反應(yīng)性能