[发明专利]活性炭载纳米金催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别涉及在活性炭上负载纳米金催化剂的 制备方法。

背景技术

随着社会科技的不断进步，环境污染正在日益威胁着人类的健康，成 为当今人类亟需面对的挑战。特别是臭氧等气体会直接对人体造成伤害， 引起呼吸道损害等严重危害。臭氧是一种强氧化性气体，超过一定浓度就 会对人体健康产生危害，因此我国《室内空气质量标准 (GB/T18883-2002)》规定1小时平均浓度不得超过0.16mg/m³。但是， 现在许多办公或家用电器，如打印机、复印机、臭氧消毒柜、空气净化器 等也会释放臭氧，因此臭氧等有害气体的威胁对人体的危害越来越严重， 必须要对这些有害气体进行处理。

目前，催化分解臭氧的方法有很多，活性炭、活性炭纤维是使用比较 广泛的一种。活性炭、活性炭纤维本身对臭氧具有一定的催化分解作用， 而且在常温下元素碳还可以与臭氧直接发生反应而分解臭氧，因此是一种 较为常用的、便宜的臭氧分解材料。但是活性炭缺乏足够长的臭氧分解活 性，同时抗湿性能也很差。在相对湿度50％、面速度1.52cm/s的条件下， 对浓度为120ppb的臭氧分解效率在不到100分钟内就可从100％降低到不 足20％，因此使得活性炭的推广受到了严重的限制。

金纳米颗粒被认为有优良的催化活性，可以催化净化空气中的CO、有 机物等，在活性炭上负载纳米金催化剂不仅能够克服上述活性炭的缺点，还 能够提高分解性能。

目前，在活性炭上负载纳米金催化剂主要有以下两种方法，但是这两种方 法都存在一定的缺陷，还需要一种新的方法以克服目前存在的缺陷：

方法一，采用乙二胺与金前体物-氯金酸配位的方法在活性炭负载金 催化剂及其对低浓度臭氧的催化分解效果(具体可参见催化学报，29： 335-340，2008)。但是，这种采用乙二胺作为配体制备的活性炭载金催化 剂的金颗粒尺寸较大、粒径分布不均匀，会影响催化剂对臭氧的分解性能。

方法二，采用溶胶固载法制备活性炭负载的纳米金催化剂(具体可参 见催化学报，30：235-241，2009；Frontiers of Environmental Science and Engineering in China，3：281-288，2009)。即预先制备出金溶胶后，再将制 备好的金纳米颗粒负载到活性炭上。虽然这种方法制备的活性炭负载的金 颗粒较小，但是操作步骤较复杂，而且预先制备的金溶胶不能全部负载到 活性炭载体上，这样金的利用率较低，从而导致制备催化剂的成本较高。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提出一种新的 活性炭载纳米金催化剂的制备方法，使得活性炭上负载的金颗粒尺寸小而 均匀分布，提高金的利用率，并且利用这种催化剂能够有效地分解空气中 低浓度的臭氧和挥发性有机物。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种活性炭载纳米金催化剂的制备 方法，包括以下步骤：配制浸渍溶液，在所述浸渍溶液中加入至少一种有机酸 保护剂，所述有机酸保护剂的酸离解常数pKa值接近活性炭/活性炭纤维载体 的等电点，并调节所述浸渍溶液的pH值以接近所述活性炭/活性炭纤维载体的 等电点；将所述活性炭/活性炭纤维载体快速均匀地放入所述浸渍溶液之中并 进行机械搅拌或超声混合，静置后过滤，之后对过滤后的载体进行洗涤和干燥； 将干燥后的负载有金的载体进行焙烧还原得到活性炭载纳米金催化剂。

在本发明的一个实施例中，调节所述浸渍溶液的pH值至3.5-5.0。

在本发明的一个实施例中，所述有机酸保护剂包括如富马酸、天冬氨酸或 碘乙酸。

在本发明的一个实施例中，所述浸渍溶液中保护剂∶金摩尔比为100∶1～ 1∶1。

在本发明的一个实施例中，载体∶金质量比为10000∶1～100∶1。

在本发明的一个实施例中，所述焙烧还原为在150-300℃下的氢气气氛中 焙烧10-60min。

在本发明的一个实施例中，所述搅拌为超声或机械搅拌1-2min。

本发明另一方面还提出了一种活性炭载纳米金催化剂，其中，所述活性炭 载纳米金催化剂以富马酸、天冬氨酸或碘乙酸为保护剂进行制备的。

在本发明的一个实施例中，所述活性炭载纳米金催化剂用于分解空气中臭 氧，和分解空气中的挥发性有机污染物。