CN112121791B - 基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂，具体是将氯铂酸混入P25二氧化钛水溶液中，在聚乙烯吡咯烷酮保护剂的作用下，采用硼氢化钠原位还原生成铂原子簇，经水洗、干燥制备成二氧化钛/铂原子簇催化剂。本发明通过制备铂原子簇增加催化剂活性比表面积，提高了催化剂的催化活性以及稳定性，同时具有制备方法简单、无需高温煅烧、铂用量少、成本低廉等特点，可显著提高室内甲醛去除率。本发明中采用简单的一步式原位还原沉积制备技术，制备方法简单，改进空间较大，所制备的二氧化钛/铂原子簇催化剂在连续使用180天后甲醛去除率仍保持98%以上。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
室内建筑材料、装修材料、装饰材料、清洁剂、杀虫剂、消毒剂等各种化学试剂充斥在生活的方方面面，这便产生了以甲醛为主的有机物。甲醛为无色透明气体，有刺激性气味，对眼、鼻、喉、肺、肝、免疫***等具有严重危害。甲醛的毒性较高，已被世界卫生组织确定为高致癌和致畸形物质。因此，去除室内或者封闭环境中的甲醛是未来很长一段时间亟需解决的问题。
光催化降解技术是近年来迅速发展起来的可以直接利用太阳能进行环境净化的新技术。该技术利用光催化原理，以纳米半导体TiO2材料为催化剂，利用紫外线对其进行激发，使吸附于催化剂表面的有机污染物降解为二氧化碳、水及无机物质。将甲醛等污染物从根本上给予光解消除，因而成为消除室内污染物最有效的方法。与此同时，紫外光在激发催化剂的同时，还能够杀灭室内空气中的有害细菌和病毒。贵金属是活性最强的一类催化降解甲醛材料，如Pt、Pd、Ag、Au等，通常将贵金属负载于多孔氧化铝、二氧化硅、二氧化钛等惰性氧化物中使用。贵金属催化剂往往在室温下就能将甲醛气体完全氧化为CO2和H2O。将纳米二氧化钛与纳米铂复合制备复合材料催化剂，与其它室内除甲醛技术相比具备反应迅速高效，不产生二次污染等优点。铂单原子催化剂与铂纳米材料催化剂相比具有比表面积大、催化活性高等优点，但在空气气氛下稳定性差；而铂单原子簇则兼顾了铂单原子高比表面积、高催化活性以及铂纳米材料稳定性好的优点，在除甲醛领域具有广阔的发展前景和应用市场。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂及其制备方法和应用，本发明可以获得成本低、稳定性好、甲醛去除率率高的光触媒催化剂，具有重要的经济价值。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供了基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)、配制氯铂酸水溶液、二氧化钛水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液；
(2)、在搅拌下，将步骤(1)中的氯铂酸水溶液、二氧化钛水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，并超声分散，得到混合溶液；
(3)、在持续搅拌下，将硼氢化钠水溶液逐滴加到步骤(2)中的混合溶液中；
(4)、持续搅拌，然后静置沉降，得到沉降物；
(5)、将步骤(4)中的沉降物过滤，并用去离子水清洗，得到过滤物；
(6)、将步骤(5)制得的过滤物干燥，即可制得光触媒除甲醛催化剂。
进一步的，所述步骤(1)中的氯铂酸水溶液的浓度为0.2 mmol/L ~1mmol/L。
进一步的，所述步骤(1)中的二氧化钛为P25纳米二氧化钛粉体。
进一步的，所述步骤(1)中的二氧化钛水溶液的浓度为5mg/L ~10mg/L。
进一步的，所述步骤(1)中的聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为5 mg/mL ~15mg/mL。
进一步的，所述步骤(3)中硼氢化钠水溶液的浓度为0.05 mol/L ~0.1mol/L。
进一步的，所述步骤(4)中的搅拌时间为1小时~3小时，然后静置沉降时间为0.5小时~2小时。
所述的制备方法制得的基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂。
进一步的，所述基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂在标准太阳光照下的甲醛去除率为99%，在黑暗环境的甲醛去除率为75%以上，连续使用180天后甲醛去除率仍保持98%以上。
本发明还提供了所述的二氧化钛/铂原子簇光触媒催化剂在用于家居、汽车、空调、风扇、涂料、粘结剂的除甲醛剂中的应用。
进一步的，氯铂酸水溶液浓度为0.5mmol/L，二氧化钛水溶液溶度为8mg/L，聚乙烯吡咯烷酮水溶液浓度为10mg/mL。
进一步的，所述步骤(5)中去离子水的温度为70℃~90℃。
进一步的，所述步骤（6）中干燥方法为在80℃~85℃空气中干燥。
与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：
1、本发明充分利用二氧化钛独特的光电特性以及铂原子簇的高催化活性，通过简单的原位还原沉积技术，制备二氧化钛/铂原子簇催化剂。通过制备条件的精准调控引入铂原子簇，既提高了催化剂在无关条件下的活性又降低了贵金属铂的用量；而纳米二氧化钛的使用则提高了催化剂在光照环境下的光生载流子浓度，并进一步提高甲醛催化性能。在标准太阳光照下，二氧化钛/铂原子簇催化剂的甲醛去除率为99%，在黑暗环境的甲醛去除率为75%以上。
2、本发明制备的除甲醛催化剂是以铂原子簇为活性物质，避免了大量贵金属铂的使用，降低了生产成本。另外，本发明中采用简单的一步式原位还原沉积制备技术，制备方法简单，改进空间较大。所制备的二氧化钛/铂原子簇催化剂在连续使用180天后甲醛去除率仍保持98%以上。
3、本发明采用的铂原子簇与常规的铂纳米材料相比，除了具有稳定性好的特点外，其比表面积和催化活性也更高，对改善催化剂的除甲醛率和使用寿命至关重要。
附图说明
图1为本发明所制备的二氧化钛/铂原子簇催化剂在不同温度和不同湿度条件下的甲醛去除率。
图2为本发明所制备的二氧化钛/铂原子簇催化剂的甲醛去除量和二氧化碳生产量。
图3为本发明所制备的二氧化钛/铂原子簇催化剂的稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
本发明所述基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂的制备方法包括以下步骤：
1、配制浓度为0.5mmol/L的氯铂酸水溶液，配制溶度为8mg/L的P25二氧化钛水溶液，配制浓度为10mg/mL的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；
2、在磁力搅拌下，将步骤1中的氯铂酸水溶液、P25二氧化钛水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，并超声分散；
3、在持续搅拌下，将2mL浓度为0.08mol/L的硼氢化钠水溶液逐滴加到步骤2中的混合溶液中；
4、持续搅拌步骤3中的反应溶液2小时，并静置沉降1小时，得到沉降物；
5、将步骤4中的沉降物过滤，并用温度为80度的热去离子水清洗，以去除氯离子，得到过滤物；
6、将步骤5制得的过滤物在80度空气中干燥即可制得基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂。
通过上述方法，如图1~3所示，获得在标准太阳光照下的甲醛去除率为99%、在黑暗环境的甲醛去除率为75%以上、连续使用180天后甲醛去除率仍保持98%以上的二氧化钛/铂原子簇除甲醛催化剂。本发明所述基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂可以作为家居、汽车、空调、风扇、涂料、粘结剂等除甲醛剂中的应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、配制氯铂酸水溶液、二氧化钛水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液；所述二氧化钛为P25纳米二氧化钛粉体，二氧化钛水溶液的浓度为5mg/L ~10mg/L；所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为5 mg/mL ~15mg/mL；
(2)、在搅拌下，将步骤(1)中的氯铂酸水溶液、二氧化钛水溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，并超声分散，得到混合溶液；
(3)、在持续搅拌下，将硼氢化钠水溶液逐滴加到步骤(2)中的混合溶液中；所述硼氢化钠水溶液的浓度为0.05mol/L ~0.1mol/L；
(4)、持续搅拌，然后静置沉降，得到沉降物；
(5)、将步骤(4)中的沉降物过滤，并用去离子水清洗，得到过滤物；
(6)、将步骤(5)制得的过滤物干燥，即可制得光触媒除甲醛催化剂。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氯铂酸水溶液的浓度为0.2 mmol/L ~1mmol/L。
3.根据权利要求1所述的基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的搅拌时间为1小时~3小时，然后静置沉降时间为0.5小时~2小时。
4.权利要求1~3任一项所述的制备方法制得的基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂，其特征在于：所述基于二氧化钛/铂原子簇的光触媒除甲醛催化剂在标准太阳光照下的甲醛去除率为99%，在黑暗环境的甲醛去除率为75%以上，连续使用180天后甲醛去除率仍保持98%以上。
5.权利要求4所述的二氧化钛/铂原子簇光触媒催化剂在用于家居、汽车、空调、风扇、涂料、粘结剂的除甲醛剂中的应用。
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