權(quán)利要求書： 1.一種鉑鐵合金催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)將鉑源和鐵源通過(guò)液相法混合后，添加至碳質(zhì)還原劑表面，揮發(fā)脫除溶劑，得到前驅(qū)體混合物；鐵源和鉑源中鐵與鉑的摩爾比為1～3:1；鉑源和鐵源總質(zhì)量與碳質(zhì)還原劑的質(zhì)量比為1:1～5；

2)在保護(hù)氣氛下，對(duì)前驅(qū)體混合物施加超短電流脈沖進(jìn)行還原反應(yīng)，還原反應(yīng)完成后迅速淬火至室溫，得到鉑鐵合金納米顆粒；所述超短電流脈沖時(shí)長(zhǎng)為30～70ms，電流強(qiáng)度為

3A～5A；

3)將鉑鐵合金納米顆粒與活性氧化鋁溶膠混合后，破乳沉淀，離心分離，真空干燥，即得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉑鐵合金催化劑的制備方法，其特征在于：所述鉑源為乙酰丙酮鉑、氯酸鉑、氯化鉑中至少一種；

所述鐵源為乙酰丙酮鐵、氯化鐵、氯化亞鐵中至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉑鐵合金催化劑的制備方法，其特征在于：所述超短電流脈沖時(shí)長(zhǎng)為50～60ms，電流強(qiáng)度為4A～5A。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉑鐵合金催化劑的制備方法，其特征在于：鉑鐵合金納米顆粒與活性氧化鋁溶膠的比例以鉑鐵合金納米顆粒與活性三氧化二鋁的質(zhì)量百分比組成為2～10％:90～98％計(jì)量。

5.一種鉑鐵合金催化劑，其特征在于：由權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述制備方法得到。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鉑鐵合金催化劑，其特征在于：由鉑鐵合金納米顆粒分散負(fù)載在活性三氧化二鋁表面構(gòu)成。

7.權(quán)利要求5或6所述的一種鉑鐵合金催化劑的應(yīng)用，其特征在于：作為OCs催化氧化催化劑應(yīng)用。

說(shuō)明書： 一種鉑鐵合金催化劑及其制備方法和在OCs催化氧化中的應(yīng)用

技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種催化材料，特別涉及一種鉑鐵合金催化劑，具體涉及一種活性氧化鋁負(fù)載鉑鐵合金催化劑，還涉及一種通過(guò)碳熱還原沖擊法制備鉑鐵合金催化劑的方法以

及鉑鐵合金催化劑在OCs催化氧化中的應(yīng)用，屬于催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)[0002] 揮發(fā)性有機(jī)化合物(OCs)是指一類普遍存在于大氣中并且具有污染性質(zhì)的化合物，一般是指在正常大氣壓條件下飽和蒸汽壓較高、沸點(diǎn)較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮

發(fā)的有機(jī)化合物。揮發(fā)性有機(jī)化合物根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分類，大致可以分為八類：

烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。在室外空曠環(huán)境中，燃料燃燒和交通

運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的工業(yè)廢氣、汽車尾氣等會(huì)將大量的OCs帶入到大氣中，而在室內(nèi)，

人們生活所需要的燃煤和天然氣燃燒，室內(nèi)裝修材料、木質(zhì)家具，清潔劑的使用都是OCs的

散發(fā)源。

[0003] 目前已有很多方法用于降低環(huán)境中OCs的濃度，如催化氧化、催化裂解、生物過(guò)濾、冷凝和吸附，其中催化氧化因其高效性和廣泛的適用性受到越來(lái)越多的關(guān)注。催化氧化

是指在一定壓力和溫度條件下，以Pt、Pd、Ni、Fe等金屬材料或合金為催化劑，與以空氣、氧

氣、臭氧等為氧化劑進(jìn)行的氧化反應(yīng)。在催化劑的作用下，使有機(jī)廢氣中的碳?xì)浠衔镌跍?br>
度較低的條件下迅速氧化成水和二氧化碳，達(dá)到治理的目的。但催化過(guò)程中催化劑易中毒，

如何在降低催化溫度的前提下尋找壽命長(zhǎng)、不易中毒的催化劑顯得尤為重要。

[0004] 根據(jù)催化劑的活性成分，通常分為負(fù)載型貴金屬催化劑和非負(fù)載型貴金屬氧化物催化劑兩大類。貴金屬催化劑表現(xiàn)出OCs催化氧化的良好活性和穩(wěn)定性，但昂貴的成本和

易失活的特性會(huì)限制其工業(yè)應(yīng)用。與貴金屬氧化物催化劑相比，非貴金屬氧化物催化劑的

成本較低，且具有一定的抗毒能力，但其效率較低，導(dǎo)致能耗較大。

發(fā)明內(nèi)容[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種由活性三氧化鋁載體負(fù)載鉑鐵合金納米顆粒構(gòu)成的催化劑，該催化劑鐵鉑比例高，成本低，且用于OCs催化氧化，

兼具有低溫催化活性高，且長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在低溫下可以實(shí)現(xiàn)OCs的完全催化

氧化，特別是對(duì)難氧化的甲苯催化氧化轉(zhuǎn)化率達(dá)到99％以上，且氧化產(chǎn)物幾乎全部為水和

二氧化碳，催化氧化反應(yīng)進(jìn)行徹底。

[0006] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是在于提供一種簡(jiǎn)單、快速、低成本制備鉑鐵合金催化劑的方法。

[0007] 本發(fā)明的第三個(gè)目的是在于提供一種鉑鐵合金催化劑在催化OCs氧化中的應(yīng)用，鉑鐵合金催化劑在較低溫度下表現(xiàn)出活性高、長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好，催化氧化反應(yīng)徹底等優(yōu)

勢(shì)。

[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種鉑鐵合金催化劑的制備方法，其包括以下步驟：

[0009] 1)將鉑源和鐵源通過(guò)液相法混合后，添加至碳質(zhì)還原劑表面，揮發(fā)脫除溶劑，得到前驅(qū)體混合物；

[0010] 2)在保護(hù)氣氛下，對(duì)前驅(qū)體混合物施加超短電流脈沖進(jìn)行還原反應(yīng)，還原反應(yīng)完成后迅速淬火至室溫，得到鉑鐵合金納米顆粒；

[0011] 3)將鉑鐵合金納米顆粒與活性氧化鋁溶膠混合后，破乳沉淀，離心分離，真空干燥，即得。

[0012] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述鉑源為易于溶解的含鉑化合物，主要為鉑鹽，常見(jiàn)的如乙酰丙酮鉑、氯酸鉑、氯化鉑中至少一種。

[0013] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述鐵源為易于溶解的含鐵化合物，主要為鐵鹽，常見(jiàn)的如乙酰丙酮鐵、氯化鐵、氯化亞鐵中至少一種。

[0014] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，鐵源和鉑源中鐵與鉑的摩爾比為1～3:1，優(yōu)選為2～3:1；最優(yōu)選為3:1。一般來(lái)說(shuō)純鉑金催化劑的催化活性是相對(duì)較高的，但是其成本相應(yīng)也較高，并且

純的鉑金抗毒性能較差，而利用本發(fā)明技術(shù)方案鐵與鉑合金化可以降低鉑催化劑的成本，

且可以通過(guò)鐵與鉑的合金化來(lái)改善鉑金催化劑的穩(wěn)定性。在現(xiàn)有技術(shù)中，在鉑中摻雜過(guò)渡

金屬獲得的鉑合金催化性能相對(duì)純鉑金明顯降低，通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的鉑鐵合金摻雜

高比例的鐵，仍然可以獲得較高的催化活性，如鐵鉑比按3:1制備的PtFe3型合金催化劑在

255℃時(shí)可以將甲苯完全催化氧化轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳，且不產(chǎn)生其他廢氣，且長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可

以保持甲苯轉(zhuǎn)化率99％以上，這是出乎意料的，充分突出了本發(fā)明的方法制備的鉑鐵合金

催化劑的優(yōu)勢(shì)。

[0015] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，鉑源和鐵源總質(zhì)量與碳質(zhì)還原劑的質(zhì)量比例為1:1～5。[0016] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述超短電流脈沖時(shí)長(zhǎng)為30～70ms，電流強(qiáng)度為3A～5A；進(jìn)一步優(yōu)選為超短電流脈沖時(shí)長(zhǎng)為50～60ms，電流強(qiáng)度為4A～5A，在優(yōu)選的反應(yīng)條件下能夠迅

速引發(fā)劇烈的碳熱還原反應(yīng)，有利于鉑鐵合金生成。

[0017] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，鉑鐵合金納米顆粒與活性氧化鋁溶膠的比例以鉑鐵合金納米顆粒與活性三氧化二鋁的質(zhì)量百分比組成為2～10％:90～98％計(jì)量。

[0018] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，鉑源和鐵源采用乙醇溶劑作為介質(zhì)，進(jìn)行液相混合。[0019] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述破乳過(guò)程為：在攪拌條件下，將四氫呋喃滴加至鉑鐵合金納米顆粒與活性氧化鋁溶膠混合液中。

[0020] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述離心過(guò)程中，轉(zhuǎn)速為8000～11000rpm，離心時(shí)長(zhǎng)10～15min。

[0021] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述真空干燥過(guò)程中，干燥溫度為40～60℃，干燥時(shí)長(zhǎng)12h以上。

[0022] 本發(fā)明還提供了一種鉑鐵合金催化劑，其由所述制備方法得到。[0023] 作為一個(gè)優(yōu)選方案，鉑鐵合金催化劑由鉑鐵合金納米顆粒分散負(fù)載在活性三氧化二鋁表面構(gòu)成。

[0024] 本發(fā)明還提供了一種鉑鐵合金催化劑的應(yīng)用，其作為OCs催化氧化催化劑應(yīng)用。[0025] 本發(fā)明的鉑鐵合金催化劑用于OCs催化氧化過(guò)程，催化劑是作為固定相參與反應(yīng)，用量可根據(jù)實(shí)際需求而定。例如在本發(fā)明例舉的實(shí)例中：鉑鐵合金催化劑用量為30mg，

以甲苯為模型OC，反應(yīng)氣為1000ppm甲苯，20％體積分?jǐn)?shù)O2，N2作為平衡氣，反應(yīng)空速分別取

?1 ?1

12000h ～36000h 。

[0026] 相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案帶來(lái)的有益技術(shù)效果：[0027] 本發(fā)明的鉑鐵合金催化劑相對(duì)現(xiàn)有的鉑催化劑，由于引入了高比例的鐵，能夠顯著降低成本，且利用過(guò)渡金屬鐵改善鉑金屬的表面電子結(jié)構(gòu)提高其抗毒性，從而改善其穩(wěn)

定性。

[0028] 本發(fā)明的鉑鐵合金催化劑具有優(yōu)異的低溫OCs催化氧化性能和反應(yīng)穩(wěn)定性，可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持高催化活性。

[0029] 本發(fā)明的鉑鐵合金催化劑制備過(guò)程簡(jiǎn)單，載體價(jià)格低廉，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化使用。

附圖說(shuō)明[0030] 圖1為實(shí)施例1制備PtFe3型鉑鐵合金催化劑的TEM圖；[0031] 圖2為實(shí)施例1制備PtFe3型鉑鐵合金催化劑對(duì)甲苯催化氧化效果圖；[0032] 圖3為實(shí)施例1制備PtFe3型鉑鐵合金催化劑對(duì)甲苯催化氧化穩(wěn)定性測(cè)試圖；[0033] 圖4為實(shí)施例2制備PtFe2型鉑鐵合金催化劑對(duì)甲苯催化氧化效果圖；[0034] 圖5為實(shí)施例3制備PtFe型鉑鐵合金催化劑對(duì)甲苯催化氧化效果；[0035] 圖6為實(shí)施例4制備PtFe3型鉑鐵合金催化劑對(duì)甲苯催化氧化效果。具體實(shí)施方式[0036] 以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容，而不是限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。[0037] 實(shí)施例1[0038] 將0.125mmol乙酰丙酮鉑，0.375mmol乙酰丙酮鐵，放入裝有15ml無(wú)水乙醇的燒杯?2

中，用注射器將混合溶液逐滴加入到放有炭黑的微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上(0.05mlcm )，待無(wú)水乙醇

完全揮發(fā)后，將其放入氬氣氛圍手套箱中操作。在手套箱中用直流電源對(duì)微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)施加

一個(gè)高強(qiáng)度的瞬時(shí)電流(5A，55ms)，此時(shí)有亮光出現(xiàn)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)成功，制得PtFe3?C型鉑鐵合

金催化劑。然后，將上述得到的PtFe3催化劑與活性氧化鋁溶膠混合，在磁力攪拌下逐滴加

入四氫呋喃(THF)進(jìn)行破乳，使PtFe3催化劑沉積在活性氧化鋁的表面，10000rpm下離心

15min，然后50℃下真空干燥12h后獲得最終催化劑。

[0039] 對(duì)實(shí)施例1制備的PtFe3型鉑鐵合金催化劑進(jìn)行OCs催化氧化活性實(shí)驗(yàn)，以甲苯為模型OC，通過(guò)裝備有FID檢測(cè)器的在線氣相色譜儀來(lái)檢測(cè)和定量分析甲苯催化氧化的反應(yīng)

?1

物和產(chǎn)物。其中空速為12000h 時(shí)反應(yīng)條件為：催化劑質(zhì)量0.03g，石英砂1g；反應(yīng)氣：

?1

1000ppm甲苯+20％O2，平衡氣為N2，流速160ml/min?？账贋?4000h 時(shí)反應(yīng)條件為：催化劑

質(zhì)量0.03g，石英砂0.72g；反應(yīng)氣：1000ppm甲苯+20％O2，平衡氣為N2，流速240ml/min。空速

?1

為36000h 時(shí)反應(yīng)條件為：催化劑質(zhì)量0.03g，石英砂0.47g；反應(yīng)氣：1000ppm甲苯+20％O2，

平衡氣為N2，流速240ml/min。

[0040] 用實(shí)施例1制備的PtFe3型鉑鐵合金催化劑在不同空速下的反應(yīng)活性曲線見(jiàn)附圖2，該催化劑在三種空速下均可在255℃達(dá)到99％甲苯轉(zhuǎn)化率。

[0041] 對(duì)實(shí)施例1制備的PtFe3型鉑鐵合金催化劑進(jìn)行OCs催化氧化實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，以甲苯為模型OC，反應(yīng)條件為：催化劑質(zhì)量0.03g，石英砂1g；反應(yīng)氣：1000ppm甲苯+

20％O2，平衡氣為N2，流速160ml/min；反應(yīng)溫度：255℃。如附圖3示，該催化劑在255℃下連續(xù)

測(cè)試72h，該催化劑可以一直保持99％以上的甲苯轉(zhuǎn)化率，且催化氧化產(chǎn)物幾乎全部為水和

二氧化碳，無(wú)其他廢氣產(chǎn)生。

[0042] 實(shí)施例2[0043] 將0.125mmol乙酰丙酮鉑，0.25mmol乙酰丙酮鐵，放入裝有15ml無(wú)水乙醇的燒杯?2

中，用注射器將混合溶液逐滴加入到放有炭黑的微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上(0.05mlcm )，待無(wú)水乙醇

完全揮發(fā)后，將其放入氬氣氛圍手套箱中操作。在手套箱中用直流電源對(duì)微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)施加

一個(gè)高強(qiáng)度的瞬時(shí)電流(5A，55ms)，此時(shí)有亮光出現(xiàn)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)成功，制得PtFe2型鉑鐵合金

催化劑。然后，將上述得到的PtFe2催化劑與活性氧化鋁溶膠混合，在磁力攪拌下逐滴加入

四氫呋喃(THF)進(jìn)行破乳，使PtFe2催化劑沉積在活性氧化鋁的表面，10000rpm下離心

15min，然后50℃下真空干燥12h后獲得最終催化劑。

[0044] 對(duì)實(shí)施例2制備的PtFe2型鉑鐵合金催化劑進(jìn)行OCs催化氧化活性實(shí)驗(yàn)，以甲苯為模型OC，通過(guò)裝備有FID檢測(cè)器的在線氣相色譜儀來(lái)檢測(cè)和定量分析甲苯催化氧化的反應(yīng)

?1

物和產(chǎn)物。反應(yīng)條件為：空速為12000h ，催化劑質(zhì)量0.03g，石英砂1g；反應(yīng)氣：1000ppm甲苯

+20％O2，平衡氣為N2，流速160ml/min。催化氧化產(chǎn)物幾乎全部為水和二氧化碳，無(wú)其他廢氣

產(chǎn)生。

[0045] 實(shí)施例3[0046] 將0.25mmol乙酰丙酮鉑，0.25mmol乙酰丙酮鐵，放入裝有20ml無(wú)水乙醇的燒杯中，?2

用注射器將混合溶液逐滴加入到放有炭黑的微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上(0.05mlcm )，待無(wú)水乙醇完全

揮發(fā)后，將其放入氬氣氛圍手套箱中操作。在手套箱中用直流電源對(duì)微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)施加一個(gè)

高強(qiáng)度的瞬時(shí)電流(5A，55ms)，此時(shí)有亮光出現(xiàn)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)成功，制得PtFe型鉑鐵合金催化

劑。然后，將上述得到的PtFe催化劑與活性氧化鋁溶膠混合，在磁力攪拌下逐滴加入四氫呋

喃(THF)進(jìn)行破乳，使PtFe催化劑沉積在活性氧化鋁的表面，10000rpm下離心15min，然后50

℃下真空干燥12h后獲得最終催化劑。

[0047] 對(duì)實(shí)施例3制備的PtFe型鉑鐵合金催化劑進(jìn)行OCs催化氧化活性實(shí)驗(yàn)，以甲苯為模型OC，通過(guò)裝備有FID檢測(cè)器的在線氣相色譜儀來(lái)檢測(cè)和定量分析甲苯催化氧化的反應(yīng)

?1

物和產(chǎn)物。反應(yīng)條件為：空速為12000h ，催化劑質(zhì)量0.03g，石英砂1g；反應(yīng)氣：1000ppm甲苯

+20％O2，平衡氣為N2，流速160ml/min。催化氧化產(chǎn)物幾乎全部為水和二氧化碳，無(wú)其他廢氣

產(chǎn)生。

[0048] 實(shí)施例4[0049] 將0.125mmol乙酰丙酮鉑，0.375mmol乙酰丙酮鐵，放入裝有15ml無(wú)水乙醇的燒杯?2

中，用注射器將混合溶液逐滴加入到放有炭黑的微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上(0.05mlcm )，待無(wú)水乙醇

完全揮發(fā)后，將其放入氬氣氛圍手套箱中操作。在手套箱中用直流電源對(duì)微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)施加

一個(gè)高強(qiáng)度的瞬時(shí)電流(3A，35ms)，此時(shí)有較亮的光出現(xiàn)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)成功，制得PtFe3型鉑鐵

合金催化劑。然后，將上述得到的PtFe3催化劑與活性氧化鋁溶膠混合，在磁力攪拌下逐滴

加入四氫呋喃(THF)進(jìn)行破乳，使PtFe3催化劑沉積在活性氧化鋁的表面，10000rpm下離心

15min，然后50℃下真空干燥12h后獲得最終催化劑。

[0050] 對(duì)實(shí)施例4制備的PtFe3型鉑鐵合金催化劑進(jìn)行OCs催化氧化活性實(shí)驗(yàn)，以甲苯為模型OC，通過(guò)裝備有FID檢測(cè)器的在線氣相色譜儀來(lái)檢測(cè)和定量分析甲苯催化氧化的反應(yīng)

?1

物和產(chǎn)物。其中空速為12000h 時(shí)反應(yīng)條件為：催化劑質(zhì)量0.03g，石英砂1g；反應(yīng)氣：

1000ppm甲苯+20％O2，平衡氣為N2，流速160ml/min。從圖中可以看出，實(shí)施例4制備的PtFe3

型鉑鐵合金催化性能相對(duì)實(shí)施例1的催化性能有所下降，可能是由于添加的電流和時(shí)長(zhǎng)比

較低，造成形成合金步驟不完全，造成催化效果下降。