本發(fā)明涉及一種一氧化碳低溫催化氧化催化劑及其制備方法，屬于環(huán)境保護(hù)和大氣污染治理領(lǐng)域。

技術(shù)背景

CO低溫催化氧化在很多領(lǐng)域具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，從而受到了廣泛關(guān)注。如用于礦山井下的救生艙和防毒面具、機(jī)動(dòng)車尾氣消除、CO氣體靈敏檢測器及封閉式CO₂激光器等方面，在采礦、冶金以及軍事領(lǐng)域，CO防毒面具或呼吸保護(hù)裝置均得到了廣泛的使用。

目前，一氧化碳消除催化劑目前主要有負(fù)載型Au、Pd、Pt等貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑，如氧化銅、氧化錳及氧化鈰催化劑等。由于貴金屬價(jià)格昂貴、資源匱乏，發(fā)展廉價(jià)、高效、穩(wěn)定的過渡金屬氧化物催化劑，是當(dāng)今的研究主流。其中以氧化銅納米材料為主要成分的催化劑，以其突出的表面效應(yīng)以及對(duì)一氧化碳低溫催化氧化的高活性，成為了研究熱點(diǎn)課題之一。

中國專利CN101633519公開了一種純相納米晶CuO塊體材料，但其采用了機(jī)械研磨和等離子體煅燒等方法，屬于粉末冶金的技術(shù)領(lǐng)域。中國專利CN102583500公開了一種穩(wěn)定的高比表面CuO納米溶膠的制備方法，得到的氧化銅納米材料為納米片結(jié)構(gòu)，但其制備過程中加入了Zn(NO₃)₂。中國專利CN102773099公開了一種Cu-Cu₂O-CuO三元銅基固溶催化劑及其制備方法，但是其配方中含有銅單質(zhì)和氧化亞銅，且用于有機(jī)硅單體合成領(lǐng)域。中國專利CN101264923公開了一種稻草狀結(jié)構(gòu)CuO及其制備方法，但是這種納米稻草是有多簇氧化銅納米線從襯底直接生長而成。且該材料用于發(fā)射場陰極材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足提供一種優(yōu)先暴露(110)晶面的氧化銅納米片高效CO催化劑的制備方法。

本發(fā)明的催化劑為氧化銅納米片催化劑，活性組分為氧化銅，催化劑的比表面為35 ~ 45 m²/g。

本發(fā)明所述制備方法包含以下步驟：

1. CuO納米顆粒的制備：首先配置0.5-1.5 mol/L的銅鹽溶液，在室溫下，加入到2 mol/L的Na₂CO₃水溶液中，控制pH為8~10范圍內(nèi)并連續(xù)攪拌2~6 h，過濾、洗滌、干燥，最后在空氣氣氛300 ^oC焙燒4 h得到CuO納米顆粒；

2. CuO納米花的制備，首先配置0.5-1.5 mol/L的銅鹽溶液，在室溫下，加入到2 mol/L的Na₂CO₃水溶液中在pH為8~10范圍內(nèi)攪拌并在500 W功率下，于70 ^oC~110 ^oC微波加熱處理10 min，過濾、洗滌、干燥，最后在空氣氣氛300 ^oC焙燒4 h得到CuO納米花；

3. 優(yōu)先暴露(110)晶面CuO納米片催化劑的制備：將前述制備好的氧化銅納米顆粒及氧化銅納米花，浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ~30%濃度的H₂O₂溶液中，在超聲條件下處理30 ~120 min，沉淀物經(jīng)過濾濾、洗滌后，于110 ^oC干燥12 h，制得成品優(yōu)先暴露(110)晶面的CuO納米片催化劑。

本發(fā)明中的催化劑主要應(yīng)用于常壓、低溫，CO氧化反應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用H₂O₂處理法制備催化劑，得到的催化劑比表面積更大，表面活潑氧更多，優(yōu)先暴露(110)活潑晶面；本發(fā)明催化劑的原料簡單易得，而且可以通過處理其它成品CuO材料制得，材料來源廣，成本低廉。制備過程方便，使用條件簡單，對(duì)一氧化碳的低溫催化氧化效果明顯，而且穩(wěn)定性好，因此具有很好的工業(yè)化前景。所述催化劑制備方法簡單易于操作，而且可以通過處理其它成品CuO材料制得，材料來源廣，成本低廉，適合規(guī)?；a(chǎn)；催化劑一氧化碳的起燃和完全燃燒溫度較低，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1 為不同濃度H₂O₂處理CuO納米花CO活性測試結(jié)果圖；

圖2 為30% H₂O₂處理CuO納米顆粒CO活性測試結(jié)果圖；

圖3為不同濃度H₂O₂處理氧化銅納米花；

圖4為納米顆粒(B) XRD測試結(jié)果圖；

圖5為H₂O₂處理前后氧化銅納米花(A, B)和氧化銅納米顆粒(C, D) SEM照片；

圖6為氧化銅納米花(A, B)和H₂O₂處理后(C, D)HRTEM照片。

具體實(shí)施方式

為了更清楚的說明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例，但其對(duì)本發(fā)明的范圍無任何限制。

實(shí)施例1

將2.02 g Cu(NO₃)₂?3H₂O和5 mL DMF溶于10 mL蒸餾水中，形成均勻的透明溶液，將混合溶液置于MCR-3微波反應(yīng)器中，以500 W微波功率70 ^oC下加入1 mol/L Na₂CO₃溶液30 mL，繼續(xù)反應(yīng)10 min，沉淀物經(jīng)抽濾、洗滌后，110 ^oC下干燥過夜，300 ^oC空氣氛焙燒4 h。取焙燒后的材料粉末1 g于燒杯中，加入10 mL濃度為10% (1%、5%、15%)的H₂O₂溶液，在超聲震蕩的條件下處理60 min，沉淀物經(jīng)過濾、洗滌，110 ^oC干燥得到成品催化劑，測得催化劑比表面積為47 m²/g。

實(shí)施例2

將2.02 g Cu(NO₃)₂?3H₂O溶于10 ml蒸餾水中，形成均勻的透明溶液，在磁力攪拌的條件下逐滴加入到30 mL 的1 mol/L Na₂CO₃溶液當(dāng)中，至pH約為8.30，繼續(xù)攪拌4 h，過濾、洗滌、干燥，然后在300 ^oC馬弗爐中焙燒4 h。取焙燒后的材料粉末1 g于燒杯中，加入30 mL濃度為30%的H₂O₂溶液，在超聲震蕩的條件下處理60 min，沉淀物經(jīng)過濾、洗滌，110 ^oC干燥得到成品催化劑，測得催化劑比表面積為87 m²/g。

上述制備催化劑用于催化一氧化碳燃燒反應(yīng)

取0.1 g 顆粒大小為10-20目的催化劑1-3置于內(nèi)徑6 mm的石英管反應(yīng)器中，通入1% CO, 21% O₂, N₂平衡氣的反應(yīng)氣體，空速為1,800 ml/(g h)，結(jié)果見圖1和圖2。

從圖1中可以看出，隨著H₂O₂濃度增大，催化劑活性逐漸提高，到濃度超過10%后，活性基本不再發(fā)生變化，說明10 mL濃度為10%的H₂O₂處理氧化銅納米花，已經(jīng)足夠使材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片結(jié)構(gòu)。XRD (圖3)和SEM (圖5 A, B)結(jié)果也證明了這個(gè)結(jié)論，結(jié)果見圖3。

從圖2中可以看出，30%的H₂O₂處理后，氧化銅納米顆粒的活性有了明顯提高，說明其結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，XRD (圖4)和SEM (圖6C, D)結(jié)果證明了這個(gè)結(jié)論。

從圖3中可以看出，隨著H₂O₂濃度的增加，氧化銅納米花和納米顆粒的XRD均表現(xiàn)出了，(110)晶面特征衍射峰增強(qiáng)，(-111)晶面特征衍射峰減弱的現(xiàn)象。當(dāng)處理氧化銅納米花的H₂O₂濃度超過10%后，其特征峰不再發(fā)生變化。當(dāng)處理氧化銅納米顆粒的H₂O₂濃度達(dá)到30%后，其特征峰強(qiáng)度在同系列中變化最大。這也與其活性測試結(jié)果相吻合。、

從圖6中可以看出，H₂O₂處理前，氧化銅納米花的主要暴露晶面為(111)晶面和(-111)晶面。而H₂O₂處理后，氧化銅納米花結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片，其主要暴露晶面為(110)晶面和(111)晶面，這與XRD結(jié)果是相一致的。