[发明专利]一种负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂及其制备方法和应用。所述的催化剂以二氧化钛纳米多孔陶瓷膜为载体，以金铜双金属纳米颗粒为活性组分；所述催化剂的制备方法包括步骤：1)钛酸纳米带通过压滤、烧结制得二氧化钛纳米多孔陶瓷膜；2)采用一步沉积沉淀法将金铜双金属纳米颗粒负载到陶瓷膜上，经过H₂还原，制得负载金铜双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂。本发明制备得到的负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂，催化活性金属颗粒分布均匀，成分组成量化可控，催化剂多孔结构均匀、孔隙率高，具有高催化活性、选择性和稳定性，易于回收和重复利用，适合大规模的产业化应用。

技术领域

本发明涉及一种负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂及其制备方法，以及该催化剂在苯甲醇、甲醇等醇类的选择性氧化反应中的应用，属于催化剂技术领域。

背景技术

双金属纳米结构催化剂具有比单金属催化剂更为优异的催化活性、选择性以及稳定性，是目前催化材料合成领域的研究热点之一。为了进一步提高双金属纳米材料的催化活性和稳定性，通常需要将其固载于催化剂载体的表面。中国专利(CN104525220A)介绍了一种Au-CuO/TiO₂微球催化剂，其载体为水热法制备的海胆状TiO₂微球，适用于可见光下空气中CO的脱除和燃料电池中富氢气氛下CO的去除。中国专利(CN103433058A)介绍了一种Au-Cu/TiO₂-NBs双金属纳米结构整体式催化剂及制备方法，该方法是先通过原位置换法制备双金属负载催化剂，再将其组装为纳米纸材料。其中Cu纳米颗粒以Cu₂O的形成存在，未烧结的纳米纸催化剂，机械强度差，不宜应用于实际的催化反应过程。

对于负载贵金属催化剂，载体的结构是影响催化剂活性和催化反应过程的重要因素。因此，研究和发展新型载体是构建新型高效催化反应体系途径之一。二氧化钛纳米带是一种热稳定性强、比表面积高、表面平滑的一维纳米材料，在光催化、催化、传感等领域均具有广泛应用。由于二氧化钛纳米带具有高的长径比和比表面积，容易集成组装为多孔膜结构，经过高温烧结后可形成纳米多孔陶瓷膜。这种膜具有均匀的孔结构和高孔隙率，作为催化剂载体用于非均相催化反应过程，将具有良好的流体力学性能。该纳米陶瓷多孔膜还具有高比表面积和均匀的孔壁表面微结构，将其作为载体负载双金属催化剂，可以有效提高金属纳米颗粒的分散性及金属的原子利用率，进而提高催化活性和选择性。

目前，基于钛酸纳米带烧结制备的二氧化钛纳米多孔陶瓷膜，以及应用这种陶瓷膜做载体负载双金属纳米颗粒制备催化剂均尚未见报道。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以二氧化钛纳米多孔陶瓷膜为载体，陶瓷膜具有均匀的多孔结构和高孔隙率，高气体渗透性和良好的流体力学性能，其上负载的金属纳米颗粒高度分散，尺寸均匀，成分组成量化可控。所述催化剂具有高催化活性、高选择性和高稳定性，易于回收和重复利用，可用于苯甲醇、甲醇等醇类的催化氧化反应。

本发明的技术方案如下：

一种负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂，所述的催化剂以二氧化钛纳米多孔陶瓷膜为载体，以金铜双金属纳米颗粒为活性组分；所述的纳米多孔陶瓷膜的直径为5～50mm，厚度为0.5～2mm，平均孔径为100～500nm；所述催化剂的制备方法包括步骤：1)钛酸纳米带通过压滤、烧结制得二氧化钛纳米多孔陶瓷膜；2)采用一步沉积沉淀法将金铜双金属纳米颗粒负载到陶瓷膜上，经过H₂还原，制得负载金铜双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂。

根据本发明，铜的负载量为0.05～10wt％，金的负载量为0.01～5wt％。

根据本发明，优选的，铜的负载量为0.05～2wt％，金的负载量为0.01～2wt％。

根据本发明，一种负载双金属的二氧化钛纳米多孔陶瓷催化剂的制备方法，包括步骤：