專利名稱：一種負載納米貴金屬的TiO₂催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負載納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料及其制備方法， 屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米貴金屬因其具有獨特的光電子、化學(xué)特性，作為催化劑、醫(yī)學(xué)材料、電磁功能材料、 吸波材料、傳感器元器件材料及納米復(fù)合材料等，己在冶金、化工、輕工、電子、國防、核技術(shù)、航空航天等研究領(lǐng)域呈現(xiàn)出極其重要的應(yīng)用價值。但在貴金屬納米顆粒的應(yīng)用中我們注意到這樣一個事實，為了節(jié)約貴金屬的消耗量、降低材料/產(chǎn)品成本，常常將貴金屬納米顆粒負載到一定的載體上/固體表面，包括金屬的真空沉積、惰性氣體蒸發(fā)、擴散控制團聚、化學(xué)和電化學(xué)沉積等?，F(xiàn)已發(fā)展到將Ag、Pt、Au納米晶體分散到沸石、Ti02、Al203、Si02、 石墨、碳納米管等表面。在這個應(yīng)用方向上，現(xiàn)有的材料制備技術(shù)(物理、化學(xué)法等)在有效地固定貴金屬納米顆粒方面尚存在一些問題，材料在應(yīng)用中不足以保持高的物理、化學(xué)性質(zhì)，這是貴金屬納米顆粒使用中面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。如果貴金屬納米顆粒由于與載體之間不能形成有效的冶金結(jié)合，在使用過程中有可能受納米顆粒巨大表面能的影響而發(fā)生團聚，進而對納米材料性質(zhì)的發(fā)揮帶來負面影響。
負載納米貴金屬的金屬氧化物載體催化材料的催化活性與金屬氧化物載體的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，特別是金屬氧化物載體材料比表面積的的大小，決定了納米貴金屬的分布，以及催化活性點的數(shù)量。因此，本發(fā)明就是通過對載體T^2材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2載體以增大其比表面積，從而提高負載的納米貴金屬的比表面積，提高了催化劑的催化活性點，最終提高該類催化劑的催化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種負載納米貴金屬的Ti02催化材料及其制備方法，得到表面均勻、牢固地結(jié)合有納米貴金屬顆粒的TiO2催化材料，解決納米貴金屬與載體不能有效結(jié)合，導(dǎo)致催化材料的物理、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是負載納米貴金屬的TiO2催化材料，是以鈦為載體、表層為 TiO2并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)催化材料。負載的納米貴金屬為Au、 Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物，顆粒粒度為納米級，其重量百分比為1% 3% (占整個催化材料的重量百分比)。
本發(fā)明負載納米貴金屬的TiO2催化材料的制備方法是首先通過熔煉制備含 1% 3%貴金屬(重量百分比)的鈦基合金，然后通過板材軋制和蜂窩結(jié)構(gòu)加工，獲得具有多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金材料，最后將該材料放入具有一定流量氧氣氛圍的熱處理爐內(nèi)進行熱處理和原位氧化反應(yīng)，最終獲得負載有納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TW2催化材料產(chǎn)品。具體制備步驟如下(1)先按1% 3%的重量百分比，取Au、Pd和Pt中的一種或幾種的任意混合物，與金屬鈦進行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度<lX10_3Pa，在1150°C 1350°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1 3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的鈦基合金板帶，再將其加工成蜂窩結(jié)構(gòu)，并卷曲成多層圓筒狀，最終獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至300°C 600°C，然后按5 15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理1 4小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)T^2催化材料。
所述貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%。
所述高純氧氣為純度為99. 999%的氧氣。
本發(fā)明先將貴金屬和載體材料制成合金材料，再加工成多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)，然后在一定氧化氣氛條件下對合金進行熱處理和原位氧化處理，結(jié)合了過飽和金屬合金的加工性能和貴金屬在熱處理過程中的沉淀析出形成納米相及基體氧化形成金屬氧化物的方法，將貴金屬納米顆粒的制備與載體制備合二為一，最終制備出均勻分布有納米貴金屬的圓筒狀多層蜂窩結(jié)構(gòu)TW2催化材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(1)能夠獲得比表面積大、納米貴金屬分布均勻、催化材料結(jié)構(gòu)牢固、催化效果明顯的新型結(jié)構(gòu)催化材料；(2)能夠結(jié)合現(xiàn)有金屬合金材料制備、加工和熱處理設(shè)備，具有投入少，成本低等優(yōu)點。
(3)復(fù)合材料制備技術(shù)“高效、低成本、短流程、環(huán)境友好、高性能”的發(fā)展趨勢。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；圖2是本發(fā)明表面負載有納米貴金屬顆粒的圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)T^2催化材料示意圖。
具體實施方案以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明的保護內(nèi)容不限于所述范圍。
實施例1:(如圖1)(1)先按1.5%的重量百分比，取純度>99. 95%的Au，與純度>99. 95%的金屬鈦進行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度lX10_4Pa，在1150°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 8mm的鈦基合金板帶，再將其加工成蜂窩結(jié)構(gòu)，并卷曲成多層圓筒狀，最終獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至300°C，然后按5L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理4小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，是以鈦為載體、表層為 TiO2并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，鈦載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Au，其重量百分比為1.5%。(如圖2)實施例2 :(如圖1)(1)先按1%的重量百分比，取純度均>99. 95%Pd，與純度均>99. 95%金屬鈦進行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度<1 X IO-5Pa,在1250°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌2分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 6mm的鈦基合金板帶，再將其加工成蜂窩結(jié)構(gòu)，并卷曲成多層圓筒狀，最終獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至400°C，然后按llL/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理3小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，是以鈦為載體、表層為TiO2并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，鈦載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Pd，其重量百分比為1%。(如圖2)實施例3 :(如圖1)(1)先按m的重量百分比，取純度>99.95%的Au和Pt，與純度>99. 95%金屬鈦進行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度lX10_5Pa，在1350°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 4mm的鈦基合金板帶，再將其加工成蜂窩結(jié)構(gòu)，并卷曲成多層圓筒狀，最終獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至600°C，然后按15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理1小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，是以鈦為載體、表層為TiO2并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，鈦載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Au和Pt 中的任意混合物，其重量百分比為洲。(如圖2)實施例4:(如圖1)(1)先按3%的重量百分比，取純度99.95%Au、Pd和Pt的任意混合物，與純度99. 95%金屬鈦進行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度lX10_4Pa，在1180°C溫度條件下進行熔煉， 待原料完全熔化后電磁攪拌3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 9mm的鈦基合金板帶，再將其加工成蜂窩結(jié)構(gòu)，并卷曲成多層圓筒狀，最終獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至600°C，然后按15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理2小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，是以鈦為載體、表層為TiO2并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料，鈦載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%，負載的納米貴金屬為Au、Pd 和Pt中的任意混合物，其重量百分比為3%。(如圖2)。
權(quán)利要求
1.一種負載納米貴金屬的TiA催化材料，其特征在于是以鈦為載體、表層為TW2并負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)T^2催化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的負載納米貴金屬的TiA催化材料，其特征在于鈦載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬鈦的純度均>99. 95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負載納米貴金屬的TW2催化材料，其特征在于負載的納米貴金屬為Au、Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物，其重量百分比為1% 3%。
4.一種負載納米貴金屬的Ti02催化材料的制備方法，其特征在于首先通過熔煉制備含1% 3%貴金屬的鈦基合金，然后通過板材軋制和蜂窩結(jié)構(gòu)加工，獲得具有多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦基合金材料，最后將該材料放入具有一定流量氧氣氛圍的熱處理爐內(nèi)進行熱處理和原位氧化反應(yīng)，最終獲得負載有納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負載納米貴金屬的Ti02催化材料的制備方法，其特征在于 具體制備步驟如下(1)先按1% 3%的重量百分比，將貴金屬與金屬鈦進行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度<lX10_3Pa，在1150°C 1350°C溫度條件下進行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌 1 3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的鈦基合金板帶，然后再將其加工成多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)鈦基合金放入熱處理爐中，加熱至300°C 600°C，然后按5 15L/min的流量通入高純氧氣，對合金進行熱處理和原位氧化處理1 3小時，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)T^2催化材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的負載納米貴金屬的Ti02催化材料的制備方法，其特征在于鈦載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的負載納米貴金屬的Ti02催化材料的制備方法，其特征在于貴金屬為Au、Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負載納米貴金屬的TiO2催化材料及其制備方法。該技術(shù)以過飽和鈦基合金的加工為基礎(chǔ)，結(jié)合氧氣氛條件下熱處理技術(shù)來獲得比表面積大、納米貴金屬分布均勻、催化材料結(jié)構(gòu)牢固、催化效果明顯的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)TiO2催化材料。該制備技術(shù)將貴金屬納米顆粒的制備與載體制備及結(jié)構(gòu)設(shè)計合三為一，具有制備技術(shù)成本低、流程短、環(huán)境友好、高性能的特點。該技術(shù)所制備的產(chǎn)品可用于汽車、石油、化工等領(lǐng)域。
文檔編號B01J23/44GK102489297SQ20111039236
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者于杰, 周曉龍, 曹建春, 陳敬超 申請人:昆明理工大學(xué)