專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于室內(nèi)去除一氧化碳領(lǐng)域，更具體涉及一種具有室溫去除co功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
：CO作為常見(jiàn)的一種氣體污染物易與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合，造成機(jī)體缺氧，引發(fā)中毒現(xiàn)象。室內(nèi)煤氣使用不當(dāng)、冬天室內(nèi)燒木炭取暖都易引起CO中毒。因此，CO的室溫去除具有較高的實(shí)用價(jià)值。此外，室溫CO去除在co2激光器中的氣體純化、co氣體探測(cè)器、呼吸用氣體凈化裝置以及減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的co排放中起重要作用。目前，較佳的室溫去除CO方法是催化氧化法，常見(jiàn)的室溫催化氧化CO催化劑主要以Au、Pd、Pt等為主要活性組分的負(fù)載型催化劑。其中，負(fù)載在氧化物載體，如1102，A1^3等表面的納米Au粒子催化劑其低溫催化氧化CO活性最佳。這種單負(fù)載型納米Au催化劑是將Au納米粒子直接負(fù)載在氧化物載體表面。由于氧化物載體本身通常以粉末形式存在，其需要成型(如球狀、條狀)才能在實(shí)際場(chǎng)合使用，但成型后的催化劑在使用時(shí)，一方面其單位質(zhì)量催化劑與反應(yīng)氣的有效接觸面積較小，導(dǎo)致Au活性組分的單位質(zhì)量活性較低；另一方面其堆積密度高導(dǎo)致風(fēng)阻過(guò)大，致使其工作的大功率風(fēng)機(jī)易產(chǎn)生噪音，嚴(yán)重影響其在室內(nèi)環(huán)境中、特別是生活起居室中的使用。為此，若能將此負(fù)載型納米Au催化劑制成片狀或薄膜狀材料，可促進(jìn)活性組分Au與反應(yīng)氣的接觸，有可能在小功率風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或無(wú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下充分發(fā)揮其催化氧化C0的性能。然而，常規(guī)氧化物載體粉末一方面難以成型成大面積的片狀或薄膜形式，另一方面也難以牢固附著在片狀基底材料表面。因此，如何制得附著牢固且能充分發(fā)揮納米Au催化劑室溫催化氧化去除CO功能的復(fù)合片狀或薄膜材料，是此類(lèi)催化劑得以在室內(nèi)環(huán)境中廣泛應(yīng)用的重要條件。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)常規(guī)室溫催化氧化去除CO的單負(fù)載化納米Au催化劑存在的結(jié)構(gòu)形狀、單位質(zhì)量Au活性較低等方面的缺陷，提供一種具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，其目的是通過(guò)二次負(fù)載先后將常規(guī)單負(fù)載化納米Au催化劑中的二氧化鈦載體和Au活性組分牢固地負(fù)載在片狀基底材料表面，提高催化劑中二氧化鈦載體和活性組分Au的分散度，促進(jìn)活性組分與反應(yīng)氣氛的有效接觸，進(jìn)而提高單位質(zhì)量Au的催化氧化去除CO的活性，以降低催化劑的成本；同時(shí)，使催化劑在小功率風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或無(wú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下可充分發(fā)揮其催化氧化去除CO的功能，以簡(jiǎn)便應(yīng)用于一般空氣凈化器和光催化空氣凈化器等氣體凈化裝置中。本發(fā)明的技術(shù)方案如下先在成型基底材料表面負(fù)載二氧化鈦，而后在此基礎(chǔ)上負(fù)載納米Au粒子，制得具有室溫氧化去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料。其中所述的成型基底材料為疏松多孔材料或致密基底材料；所述的疏松多孔材料3為玻璃纖維、活性碳?xì)?、泡沫塑料或泡沫金屬；所述的致密基底材料為金屬、玻璃、塑料或陶瓷。所述?fù)載二氧化鈦的過(guò)程是將以溶膠凝膠法制得的二氧化鈦溶膠涂覆在成型基底材料表面，而后烘干；所述負(fù)載納米Au粒子的過(guò)程是將已負(fù)載二氧化鈦的成型基底材料浸漬在用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為814的氯金酸溶液中，烘干后用硼氫化鈉溶液還原，最后用去離子水洗滌干凈，而后烘干。本發(fā)明得到的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，可組裝在氣體凈化裝置中(包括空氣凈化器、光催化空氣凈化器)，用于密閉空間CO的去除凈化，也可直接用于室內(nèi)CO的室溫氧化去除。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于(1)與常規(guī)單負(fù)載化Au催化劑相比，本發(fā)明的雙負(fù)載化Au復(fù)合材料分先后將氧化物載體和Au納米粒子分步分散在基底材料表面，其制得的雙負(fù)載化Au催化劑具有高度分散的特點(diǎn)，有利于催化劑與反應(yīng)氣氛的接觸，有效地提高單位質(zhì)量Au的催化氧化CO活性，從而降低催化劑的成本。(2)本發(fā)明的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，氣體經(jīng)過(guò)材料表面時(shí)氣阻小，在小功率風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或無(wú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下充分發(fā)揮其催化氧化去除CO的性能，可方便地應(yīng)用于一般氣體凈化裝置中(空氣凈化器和光催化空氣凈化器)。(3)本發(fā)明技術(shù)可避免常規(guī)單負(fù)載化Au催化劑使用時(shí)所需的擠壓成型工藝，而且溶膠態(tài)的二氧化鈦負(fù)載在基底材料表面時(shí)附著牢固，不易掉粉。圖1是雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。1-基底材料，2-二氧化鈦載體，3-Au納米粒子。具體實(shí)施例方式先以異丙醇鈦為原料在酸性條件下用溶膠_凝膠法制得二氧化鈦溶膠(具體操作見(jiàn)專(zhuān)利CN98115808.0)，將二氧化鈦溶膠涂覆在基底材料表面，在4050(TC下烘干(烘干溫度依基底材料耐受溫度而定)；將已負(fù)載二氧化鈦的基底材料浸漬在用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為8-14、溫度為0IO(TC的氯金酸溶液中0.524小時(shí)，4020(TC烘干后用0.011.Omol/L的硼氫化鈉溶液還原0.224小時(shí)，最后用去離子水洗滌干凈，在4020(TC下烘干制得雙負(fù)載化的納米Au復(fù)合材料。本發(fā)明的雙負(fù)載化Au復(fù)合材料的基底材料可以是玻璃纖維、活性碳?xì)?、泡沫塑料或泡沫金屬等疏松多孔材料；也可以是金屬、玻璃、塑料或陶瓷等致密基底材料。本發(fā)明的雙負(fù)載化Au復(fù)合材料可應(yīng)用于可組裝在氣體凈化裝置中(包括空氣凈化器、光催化空氣凈化器)用于密閉空間CO的去除凈化，也可直接用于室內(nèi)CO的室溫氧化去除。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于此。實(shí)施例1:純二氧化鈦溶膠的制備將2.2mL濃硝酸(68wt^)加入3Q0mL的去離子水中配成均勻溶液，在強(qiáng)烈攪拌下將34.0mL的鈦酸四異丙酯緩慢滴入配置好的酸性水溶液中，水解得到的含有白色沉淀的懸浮液在4(TC下繼續(xù)攪拌，直至白色沉淀溶解形成均勻透明的溶膠。把溶膠裝入滲析膜袋中用2L去離子水進(jìn)行滲析處理，每隔12小時(shí)換一次水至滲析水最終pH值為3.2。將溶膠從滲析袋中取出，制得濃度約為3.Owt%的二氧化鈦溶膠。實(shí)施例2:雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料的制備將按實(shí)施例1制得的20mL鈦膠均勻的噴涂在玻璃纖維布(40cmX50cm)單側(cè)面上，然后在12(TC溫度下處理1小時(shí)烘干制得負(fù)載二氧化鈦的玻璃纖維布。取6.OmLO.Olg/mL的HAuCl4溶液放入一平板容器(如醫(yī)用托盤(pán))中加600mL水稀釋?zhuān)?.lmo1/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH二8左右，攪拌均勻，然后將負(fù)載二氧化鈦的玻璃纖維布浸沒(méi)在其中(噴有鈦膠面朝上)，放置在8(TC中烘箱烘干2小時(shí)。將烘干的已負(fù)載二氧化鈦和Au的玻璃纖維布置于600mL0.lmol/L的NaBH4溶液中，室溫下放置0.5小時(shí)，而后用去離子水洗去多余離子60°C下烘干，制得雙負(fù)載化的納米Au復(fù)合材料。此復(fù)合材料中，二氧化鈦含量為26.7g/dm2，Au含量約為0.27g/dm2。實(shí)施例3:復(fù)合材料室溫催化氧化CO的活性評(píng)價(jià)實(shí)施例2制得的納米Au復(fù)合材料室溫催化氧化CO的性能評(píng)價(jià)在一連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中進(jìn)行。復(fù)合材料(10cmX20cm)裝填在不銹鋼方形(10cmX20cm)反應(yīng)器中，材料上表面lcm處布置4只紫外燈(365nm，8W)，反應(yīng)氣中02含量固定為0.5V%，CO濃度約為150卯m，He作為平衡補(bǔ)充氣，反應(yīng)氣流速約100mL/min，反應(yīng)開(kāi)始在室溫(約16°C)無(wú)光照下進(jìn)行。采用Agilent4890D型氣相色譜儀(TCD為檢測(cè)器、TDX-01填充柱)定時(shí)在線(xiàn)分析氣氛中C0、02及C02的濃度，根據(jù)不同反應(yīng)時(shí)間后的CO出口濃度計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率。CO轉(zhuǎn)化率采用下列公式計(jì)算c=(vinC。-v。utc。)/vinC。xioo%式中，C為CO的轉(zhuǎn)化率；VinC。和V。utc。分別為進(jìn)氣和出氣中的CO含量(v90為了比較結(jié)果，對(duì)Au復(fù)合材料樣品在光照下的活性性能也進(jìn)行了評(píng)價(jià)。此時(shí)紫外燈打開(kāi)，反應(yīng)溫度為35°C。兩種條件下的性能評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。表1雙復(fù)合納米Au復(fù)合材料室溫催化氧化CO的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1結(jié)果顯示，此雙負(fù)載化的納米Au復(fù)合材料具有很好的室溫催化氧化去除CO活性，其去除CO性能在24小時(shí)內(nèi)維持在100%。實(shí)施例4:空氣凈化器中性能評(píng)價(jià)將實(shí)施例2制備的玻璃纖維復(fù)合材料(25cmX35cm)安裝在未加H即py板的KJ一280型空氣凈化器(漳州萬(wàn)利達(dá)光催化科技有限公司生產(chǎn))中，放入1立方米的密閉評(píng)價(jià)箱。利用鋼瓶氣向評(píng)價(jià)箱內(nèi)定量注入一定量的C0氣體，開(kāi)風(fēng)扇攪拌，30分鐘后，采用Agilent4890D型氣相色譜儀(TCD為檢測(cè)器、TDX-01填充柱)在線(xiàn)分析氣氛測(cè)定評(píng)價(jià)箱內(nèi)CO的起始濃度，連續(xù)測(cè)試三次至CO濃度穩(wěn)定在95.0卯m(初始濃度);打開(kāi)空氣凈化器，但不開(kāi)燈，風(fēng)量調(diào)至中檔，連續(xù)開(kāi)機(jī)8小時(shí)，每間隔1小時(shí)定時(shí)在線(xiàn)分析評(píng)價(jià)箱內(nèi)CO的濃度。按上述同樣方法，其中CO初始濃度為99.0卯m，打開(kāi)空氣凈化器時(shí)，同時(shí)開(kāi)燈分析評(píng)價(jià)箱中CO的濃度變化。兩種情況下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。表2不同時(shí)間下經(jīng)空氣凈化器處理后的CO濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2中結(jié)果顯示，負(fù)載在玻璃纖維布的納米Au復(fù)合材料在空氣凈化器中使用時(shí)，在有無(wú)光照下都可去除密閉環(huán)境中的CO氣體。在無(wú)光照時(shí)，開(kāi)機(jī)8小時(shí)后，CO氣體濃度從95.Oppm降低到22.0卯m，CO去除率達(dá)76.8%;有光照時(shí)進(jìn)一步提高了催化劑去除CO的能力，開(kāi)機(jī)光照8小時(shí)后，CO氣體濃度從99.Oppm降低到20.6卯m，CO去除率達(dá)79.2%。權(quán)利要求一種具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，其特征在于先在成型基底材料表面負(fù)載二氧化鈦，而后在此基礎(chǔ)上負(fù)載納米Au粒子，制得具有室溫氧化去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，其特征在于所述的成型基底材料為疏松多孔材料或致密基底材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，其特征在于所述的疏松多孔材料為玻璃纖維、活性碳?xì)?、泡沫塑料或泡沫金屬；所述的致密基底材料為金屬、玻璃、塑料或陶瓷?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，其特征在于所述負(fù)載二氧化鈦的過(guò)程是將以溶膠凝膠法制得的二氧化鈦溶膠涂覆在成型基底材料表面，而后烘干。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，其特征在于所述負(fù)載納米AU粒子的過(guò)程是將已負(fù)載二氧化鈦的成型基底材料浸漬在用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為814的氯金酸溶液中，烘干后用硼氫化鈉溶液還原，最后用去離子水洗滌干凈，而后烘干。6.—種如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料的用途，其特征在于具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料可組裝在氣體凈化裝置中用于密閉空間CO的去除凈化，所述氣體凈化裝置包括空氣凈化器或光催化空氣凈化器；也可直接用于室內(nèi)CO的室溫氧化去除。全文摘要本發(fā)明提供一種具有室溫去除CO功能的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，它是通過(guò)二次負(fù)載先后將常規(guī)單負(fù)載化納米Au催化劑中的二氧化鈦載體和Au活性組分牢固地負(fù)載在基底材料表面。本發(fā)明制得的雙負(fù)載化納米Au復(fù)合材料，具有二氧化鈦載體和活性組分Au分散度高的特點(diǎn)，有利于活性組分與反應(yīng)氣氛的有效接觸，提高單位質(zhì)量Au的催化氧化去除CO活性，從而可降低Au催化劑的成本。此復(fù)合材料的片狀或薄膜結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)便應(yīng)用于一般空氣凈化器和光催化空氣凈化器等氣體凈化裝置中。文檔編號(hào)B01J23/52GK101791554SQ201010136710公開(kāi)日2010年8月4日申請(qǐng)日期2010年3月31日優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日發(fā)明者丁正新,付賢智,劉軍峰,劉平,戴文新,李朝暉,王緒緒,鄭華榮,陳旬申請(qǐng)人:福州大學(xué)