[发明专利]一种稀土改性活性炭负载纳米金催化材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种催化材料及制备方法，特别是涉及一种稀土改性活性炭负载纳米金催化材料及制备方法。

背景技术

一氧化碳(CO)是无色、无味和无刺激性的气体，煤气制造、炼焦、冶金、烃类燃烧及部分氧化、机动车排放等均含有一氧化碳气体。人体吸入一氧化碳可引起急性中毒和慢性损害。为减少排放污染，必须对一氧化碳进行净化。微量一氧化碳的常温去除方法主要有吸收法、吸附法和催化氧化法。

负载型金催化剂对一氧化碳常温催化氧化显示出很高的催化活性，也在一氧化氮还原生成N₂反应、水煤气变换、光催化水解产生氢气及挥发性有机物的完全燃烧反应中等表现出良好的催化性能。而纳米金催化剂因其金颗粒尺寸在2～5nm具有纳米效应提高了催化剂的性能，成为研究热点。研究表明不仅金颗粒的大小对催化剂活性有显著影响，而且载体种类对催化剂活性也有明显的影响。常用的载体有过渡金属氧化物、碱土金属氧化物及其氢氧化物、活性炭等。

活性炭具有发达的孔隙结构、比表面积可高达2000m²/g和优良的吸附性能且价格低廉能耐酸碱性质稳定，负载于其上的贵金属通过炭载体的燃烧较易回收，因此活性炭常被用作催化剂的载体。活性炭载体的作用之一就是提高活性组分的分散度及稳定性从而使催化剂能提供较多的活性位。活性炭的表面积孔结构及表面官能团都会影响催化剂的性质，而活性炭载体的这些参数可以通过强氧化剂处理、负载金属加以改性以提高催化剂的性能。

经过对现有技术的检索发现：文献公开了一种活性炭载纳米金催化剂的制备方法，配制至少加入一种有机酸保护剂的浸渍溶液，将活性炭/活性炭纤维载体放入浸渍液中进行机械搅拌或超声混合，静置后过滤，对载体进行洗涤，干燥，焙烧还原得到活性炭/活性炭纤维载纳米金催化剂，该催化剂的活性组分金颗粒尺寸小且均匀分布，能有效分解空气中低浓度的臭氧和挥发性有机物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土改性活性炭负载纳米金催化材料及其制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种稀土改性活性炭负载纳米金催化材料，其特征在于其质量百分比组成为：活性组分金为0.1～2％、稀土氧化物为1～25％，余量为经强氧化剂处理过活性炭载体。

所述的强氧化剂为10％的硝酸和10％的双氧水配成的混合溶液。

所述的稀土氧化物为氧化镧、或氧化镝、或氧化铈、或氧化钕、或氧化钇，或氧化铈和氧化钕。

本发明提供一种稀土改性活性炭负载纳米金催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、活性炭前处理：配制10％的硝酸和10％的双氧水溶液混合均匀，将活性炭浸渍其中1小时，取出于100～120℃烘干4小时；

第二步、稀土改性活性炭：将第一步处理后的活性炭等体积浸渍在稀土金属硝酸盐溶液中1小时，取出于80～120℃烘箱中干燥干燥2小时，在真空或氮气保护下，于300℃焙烧4小时，制得稀土改性活性炭；

第三步、负载纳米金：用氯金酸溶液60℃下等体积浸渍第二步制得的改性活性炭2小时后取出；用硼氢化钠溶液，20℃下还原取出的活性炭2小时，用去离子水洗涤，过滤，100～150℃干燥4小时，制得成品催化材料稀土改性活性炭负载纳米金催化材料。

所述的稀土金属硝酸盐为硝酸镧、或硝酸镝、或硝酸铈、或硝酸钕、或硝酸钇，或硝酸铈和硝酸钕。

本发明的催化材料对CO的净化性能在Φ16mm、长300mm直型玻璃管反应器中进行性能评价，催化剂用量为6mL，原料气组成为CO含量为20～200ppm，其余为空气。反应在常温常压环境下进行，反应气体积空速(GHSV)为10000h^-1，由气相色谱分析得到CO转化率。

与现有技术相比，本发明的催化材料以强氧化剂处理过的活性炭为载体，经稀土氧化物改性后负载纳米金制备而成。本发明具有以下优点：该催化材料对CO消除具有吸附和常温催化氧化的双重功能，在室温下空速为10000h^-1时，催化材料对CO的初始转化率为99.99％，连续使用600h后，催化活性仍达99.6％，且催化剂的活性组分金含量低，生产工艺简便，催化剂制备成本较低。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

对比例1前处理后的活性炭