本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和光熱催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能驅(qū)動的耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑的制備方法及其凈化乙酸乙酯的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、乙酸乙酯是一種易燃和具有刺激性氣味的含氧揮發(fā)性有機(jī)物（vocs），由于其極性適中常被用作有機(jī)溶劑，長期吸入會使人產(chǎn)生呼吸麻痹等不良癥狀。乙酸乙酯的去除方法以末端處理中的光催化、熱催化、生物降解和等離子氧化等方法為主。與單純的光催化或熱催化相比，光熱耦合處理技術(shù)可直接利用太陽能驅(qū)動vocs降解，不僅保持了光催化低能耗的優(yōu)勢，而且還能利用半導(dǎo)體材料受光激發(fā)產(chǎn)生的光熱效應(yīng)產(chǎn)生熱能，局部加熱晶格促進(jìn)內(nèi)熱反應(yīng)，從而顯著提高催化的效率和應(yīng)用范圍。

2、目前，工業(yè)生產(chǎn)所排放的煙氣中通常會含有一些催化劑中毒氣體，如so2、h2s、硫醇、二氯乙烷等物質(zhì)，其中含硫化合物在催化反應(yīng)過程中會和反應(yīng)物競爭吸附活化位，造成短暫的活性下降，甚至與主活性物質(zhì)或載體發(fā)生反應(yīng)，造成不可逆的化學(xué)失活。因此，提高催化劑耐硫中毒性能是工業(yè)催化劑需要迫切解決的問題。

3、負(fù)載型單原子催化劑由于其極高的原子利用率、高度均一的催化位點(diǎn)和特殊的配位環(huán)境受到大量的關(guān)注。貴金屬ru未填滿的d電子軌道使其比較容易的吸附在底物分子上，且在多種催化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，因此常被作為活性中心。在合適的載體上合成穩(wěn)定的單原子，是負(fù)載型單原子催化劑科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的前提。其中，稀土元素ce作為載體可以有效改善貴金屬ru的表面分散性，增加催化劑的儲放氧能力和提升催化劑穩(wěn)定性。目前，單原子ru/ceo2催化劑已被眾多研究者證明在高效催化降解vocs方面具有很大優(yōu)勢，但對其耐硫中毒性能的研究卻較少。

4、因此，以乙酸乙酯為目標(biāo)污染物，探討耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑的合成方法及其應(yīng)用效果，為含硫揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理提供一種新的途徑和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑的簡易制備方法，并應(yīng)用于凈化乙酸乙酯廢氣，實(shí)現(xiàn)了光熱協(xié)同催化，增加了光吸收效率，提升催化效率，能夠在50?ppm?so2存在的情況下對1000?ppm的乙酸乙酯氣體保持87%以上的去除率，可推廣應(yīng)用于太陽能驅(qū)動vocs去除和耐硫中毒領(lǐng)域。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種太陽能驅(qū)動的耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑的制備方法及其應(yīng)用于催化降解乙酸乙酯。其特征在于，將硝酸鈰、去離子水、沉淀劑放置于反應(yīng)釜中，通過水熱反應(yīng)、抽濾洗滌及管式爐煅燒得到ceo2載體，再在其表面負(fù)載少量貴金屬ru，經(jīng)煅燒處理后獲得單原子ru/ceo2催化劑。

4、具體制備方法包括以下步驟：

5、（1）ceo2載體的制備：

6、將葡萄糖，丙烯酰胺溶解在80?ml去離子水中，加入2.17?g的硝酸鈰（分析純）攪拌形成透明溶液，再加入25?wt.%的氨水3.2?ml使混合溶液的ph保持在10左右，攪拌5?h后將混合物放入高壓反應(yīng)釜中在180?℃條件下進(jìn)行72?h水熱反應(yīng)，將沉淀物進(jìn)行抽濾、烘干和煅燒后得到ceo2淡黃色粉末，即為催化劑載體。

7、（2）單原子ru/ceo2催化劑的制備：

8、將步驟（1）制備的ceo2載體超聲分散在無水乙醇中，在攪拌的過程中先后加入相應(yīng)比例的釕（ru）溶液和抗壞血酸，將混合溶液在黑暗條件下攪拌4~24?h，最后將沉淀物用無水乙醇洗滌三次，干燥后煅燒得到單原子ru/ceo2催化劑。

9、上述方法中，步驟（2）中，所述ru溶液為氯化釕溶液、醋酸釕溶液和乙酰丙酮釕溶液中的一種或幾種，溶液中ru離子濃度為2~10?mg/ml.

10、上述方法中，步驟（2）中，所述貴金屬ru以單原子的形式存在于ceo2載體上，所述單原子ru的負(fù)載量為0.03~0.2?wt.%。

11、上述方法中，步驟（2）中，所述ceo2的質(zhì)量為0.2~1.0?g；無水乙醇的體積為10~50ml。

12、上述方法中，步驟（2）中，所述超聲時(shí)間為5~30?min，所述超聲溫度為25~35?℃，所述攪拌時(shí)間為4~24?h，所述攪拌溫度為10~25?℃，所述攪拌轉(zhuǎn)速為200~400?rpm。

13、上述方法中，步驟（2）中，所述干燥溫度為60~80?℃；所述干燥時(shí)間為6~12?h；所述升溫速率為1~5?℃/min，所述煅燒溫度為300~800?℃；所述煅燒時(shí)間為2~6?h，所述煅燒是在氫氣或空氣中進(jìn)行。

14、一種單原子ru/ceo2光熱催化劑，所述催化劑在模擬太陽光強(qiáng)為34.4?mw/m2的菲涅爾透鏡聚光下對1000?ppm乙酸乙酯氣體的去除率達(dá)到99%以上（溫度范圍為200~210?℃）。在另外通入50?ppm?so2的條件下，乙酸乙酯的去除率仍能維持在85%左右，說明單原子ru/ceo2光熱催化劑具有優(yōu)秀的乙酸乙酯去除效果和抗硫中毒性能。

15、本發(fā)明提供一種耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑的制備方法，該方法操作簡單、普適性高，制備獲得的單原子ru/ceo2光熱催化劑具有催化活性高，耐硫中毒能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于：

17、（1）本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)條件簡單，反應(yīng)影響因素少，所得單原子材料表面結(jié)構(gòu)易控，性能穩(wěn)定。

18、（2）本發(fā)明制備的耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑，可用于太陽光驅(qū)動催化降解vocs領(lǐng)域和耐硫中毒領(lǐng)域。該催化劑具有豐富的活性氧物種和大量反應(yīng)中心位點(diǎn)，同時(shí)電子遷移轉(zhuǎn)化率高以及氧化還原性強(qiáng)，對光熱催化乙酸乙酯表現(xiàn)出優(yōu)越的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性，在so2的影響下仍能保持較高的去除率。

技術(shù)特征：

1.一種太陽能驅(qū)動的耐硫中毒型單原子ru/ceo2光熱催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下制備方法步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述釕溶液為氯化釕溶液、醋酸釕溶液和乙酰丙酮釕溶液中的一種或幾種，溶液中ru離子濃度為2~10?mg/ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述貴金屬ru以單原子的形式存在ceo2載體上，所述單原子ru的負(fù)載量為0.03~0.2?wt.%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述ceo2的質(zhì)量為0.2~1.0?g；無水乙醇的體積為10~50?ml。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有耐硫中毒性的單原子ru/ceo2催化劑的簡易制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述超聲時(shí)間為5~30?min，所述超聲溫度為25~35?℃，所述攪拌時(shí)間為4~24?h，所述攪拌溫度為10~25?℃，所述攪拌轉(zhuǎn)速為200~400?rpm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述干燥溫度為60~80?℃；所述干燥時(shí)間為6~12?h；所述升溫速率為1~5?℃/min，所述煅燒溫度為300~800?℃；所述煅燒時(shí)間為2~6?h，所述煅燒是在氫氣或空氣中進(jìn)行。

7.權(quán)利要求1~6任一所述方法制備的單原子ru/ceo2催化劑在利用太陽能驅(qū)動光熱催化乙酸乙酯和耐硫中毒方面的應(yīng)用。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，測試條件為利用模擬太陽光或室外光照聚光模式，50~2000?ppm乙酸乙酯/空氣平衡，流速為50?ml/min，so2濃度為10~200?ppm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種太陽能驅(qū)動的耐硫中毒型單原子Ru/CeO<subgt;2</subgt;光熱催化劑的制備方法及其凈化乙酸乙酯的應(yīng)用。本發(fā)明采用負(fù)載的方法，主要包含以下步驟：（1）通過共沉淀?水熱反應(yīng)得到CeO<subgt;2</subgt;載體。（2）將步驟（1）制備的CeO<subgt;2</subgt;載體超聲分散在無水乙醇中，在攪拌的過程中先后加入相應(yīng)比例的釕溶液和抗壞血酸，將混合溶液攪拌過夜，最后將沉淀物用無水乙醇洗滌，干燥后煅燒得到單原子Ru/CeO<subgt;2</subgt;催化劑，其中Ru以單原子的形式存在，極大的提高了貴金屬的利用率，降低了催化劑制備的成本，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的太陽能驅(qū)動光熱乙酸乙酯催化性能和耐硫中毒性能，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：廖雷,鄭佳茜,莫?jiǎng)蠃i,樊銀明,王洪強(qiáng),覃愛苗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/26