專利名稱：一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種納米金催化劑的再生方法，特別涉及到一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法。
背景技術(shù)：
負(fù)載型納米金催化劑對(duì)一氧化碳(CO)氧化生成二氧化碳(CO2)反應(yīng)，在200K的低溫下就具有非常高的催化活性。這種水平的催化活性是獨(dú)一無二的。此外，與已商業(yè)化的Hopcalite催化劑(以銅、錳氧化物為主要活性組份)相比，金催化劑對(duì)CO氧化反應(yīng)具有優(yōu)異的抗?jié)裥阅堋＜醇{米金催化劑在環(huán)境溫度和濕度下可將CO完全催化氧化為0)2，這使其室內(nèi)空氣凈化、CO低溫傳感器、防毒面具以及質(zhì)子交換膜燃料電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但金催化劑容易失活，這嚴(yán)重阻礙了其推廣應(yīng)用。金催化劑在CO氧化反應(yīng)過程中，其表面逐漸形成了碳酸鹽物種。碳酸鹽物種占據(jù)催化劑活性位，阻礙了 CO和氧分子(O2)的化學(xué)吸附，導(dǎo)致金催化劑的失活。但值得慶幸的是，這種碳酸鹽物種導(dǎo)致的催化劑失活是可逆的，如使碳酸鹽物種分解釋放出CO2,金催化劑的活性便可得到恢復(fù)(Journal of Catalysis，2006，239 :307-312)。熱處理是最常用的一種催化劑再生手段，但熱處理有可能造成納米分散的金粒子聚集長(zhǎng)大。金催化劑的粒徑大小是決定其活性一個(gè)關(guān)鍵因素。一般而言，金粒徑小于5nm時(shí)，金催化劑具有很高的催化活性；當(dāng)大于IOnm時(shí)，金催化劑的催化活性迅速下降。金粒子長(zhǎng)大造成的失活，顯然是不可逆的，催化劑將無法再生。因此，若能發(fā)明一種金催化劑的再生手段，既有足夠的能量使失活物種完全分解和脫附，又能避免熱效應(yīng)造成的不可逆失活，則無疑可解決納米金催化劑推廣應(yīng)用的一大障礙。冷等離子體因其特有的熱力學(xué)非平衡特性，其電子溫度高達(dá)104K以上，具有足夠的能量使分子激發(fā)、解離和電離，而氣體溫度可低至略高于室溫。因此，冷等離子體可勝任金催化劑的再生。與低氣壓冷等離子體相比，大氣壓冷等離子體無需真空設(shè)備、裝置簡(jiǎn)便易行、可對(duì)納米金催化劑進(jìn)行原位再生，無疑具有工業(yè)應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種原位、快速和高效的大氣壓冷等離子體再生納米金催化劑的新方法，克服常規(guī)的熱再生易使金粒子聚集長(zhǎng)大等缺點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，以含O2氣體為放電氣體，施加50Hz-50kHz的正弦交流高壓或方波脈沖高壓在大氣壓下產(chǎn)生冷等離子體。含 O2氣體中O2的體積百分比為5-100%，空氣可直接作為放電氣體。再生時(shí)間為O. 1-1小時(shí)。 介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的兩電極同時(shí)覆蓋介質(zhì)阻擋層或其中一電極覆蓋介質(zhì)阻擋層或一介質(zhì)阻擋層置于兩電極之間。納米金催化劑置于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的等離子體放電區(qū)或等離子體下游區(qū)。對(duì)粉狀或顆粒狀載體負(fù)載的納米金催化劑，將納米金催化劑裝填于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的放電氣隙，或涂覆于放電區(qū)介質(zhì)阻擋層或電極表面，即置于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的等離子體放電區(qū)。對(duì)顆粒狀、蜂窩狀或泡沫狀載體負(fù)載的納米金催化劑，將納米金催化劑置于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的等離子體下游區(qū)。納米金催化劑上CO氧化反應(yīng)及其再生可在同一反應(yīng)器中進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)行CO催化氧化反應(yīng)時(shí)，關(guān)閉等離子體電源。當(dāng)納米金催化劑失活時(shí)，開啟等離子體電源，對(duì)納米金催化劑進(jìn)行原位再生。本發(fā)明的效果和益處是，所提供的一種納米金催化劑的再生方法，不僅可在低溫下對(duì)失活的納米金催化劑快速高效地再生，而且可在同一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)納米金催化劑的原位再生。另外，該方法適用于粉狀、顆粒狀、蜂窩狀、泡沫狀等多種形狀載體負(fù)載的納米金催化劑的再生?？諝饪芍苯幼鳛樵偕鷷r(shí)放電氣體。該方法在大氣壓和低溫下運(yùn)行，無需真空設(shè)備，裝置簡(jiǎn)便易行，能耗低。因此，該方法非常適用于納米金催化劑的再生，尤其適用于CO 催化氧化反應(yīng)體系納米金催化劑的原位再生。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例I—個(gè)內(nèi)徑為8. 5_、厚度為1_的石英管，其軸心裝有一根直徑3_的不銹鋼棒作為高壓電極，其外壁緊密纏繞著不銹鋼網(wǎng)作為接地電極，組成一個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將
O.5g>20-40目由沉積-沉淀法制備的負(fù)載型Iwt % Au/Ti02催化劑顆粒,填充于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的石英管和高壓電極之間。常溫常壓下，含960ppmC0、52%相對(duì)濕度(25°C )和 600mL/min的模擬空氣流入該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器(等離子體電源關(guān)閉)，在UOOOOtr1空速下發(fā)生CO催化氧化反應(yīng)。催化劑活性隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸緩慢降低。當(dāng)反應(yīng)17. 6h后，CO 的轉(zhuǎn)化率由初始的98%降至53%，停止通入含CO的反應(yīng)氣體。將200mL/min的O2通入該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，施加頻率為2kHz的正弦交流高壓放電產(chǎn)生等離子體。在等離子體輸入功率為18W條件下，對(duì)失活的Au/Ti02催化劑進(jìn)行原位再生20min。再生后的Au/Ti02催化劑在上述相同反應(yīng)條件下，繼續(xù)進(jìn)行CO催化氧化反應(yīng)，其活性恢復(fù)至新鮮時(shí)的水平。實(shí)施例2.采用實(shí)施例I所述的介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將O. 5g、20_40目由沉積-沉淀法制備的負(fù)載型lwt%Au/Ti02催化劑顆粒，填充于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的石英管和高壓電極之間。常溫常壓下，含960ppm C0、52%相對(duì)濕度(25°C )和600mL/min的模擬空氣流入該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器(等離子體電源關(guān)閉)，在eooooh—1空速下發(fā)生CO催化氧化反應(yīng)。催化劑活性隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸緩慢降低。當(dāng)反應(yīng)200min后，CO的轉(zhuǎn)化率由初始的100%降至 90%，停止通入含CO的反應(yīng)氣體。將200mL/min的模擬空氣(50%相對(duì)濕度，25°C )通入該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，施加頻率為2kHz的正弦交流高壓放電產(chǎn)生等離子體。在等離子體輸入功率為18W條件下，對(duì)失活的Au/Ti02催化劑進(jìn)行原位再生20min。再生后的Au/Ti02催化劑在上述相同反應(yīng)條件下，繼續(xù)進(jìn)行CO催化氧化反應(yīng)，其活性恢復(fù)至新鮮時(shí)的水平。
權(quán)利要求
1.一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法，其特征是是采用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，以含O2氣體為放電氣體，施加50Hz-50kHz的正弦交流高壓或方波脈沖高壓在大氣壓下產(chǎn)生冷等離子體；含O2氣體中O2的體積百分比為5-100%，再生時(shí)間為O. 1-1小時(shí)。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法，其特征是納米金催化劑置于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的等離子體放電區(qū)或等離子體下游區(qū)。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法，其特征是對(duì)粉狀或顆粒狀載體負(fù)載的納米金催化劑，將其裝填于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的放電氣隙， 或涂覆于放電區(qū)介質(zhì)阻擋層或電極表面。
4.按照權(quán)利要求2所述的一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法，其特征是對(duì)顆粒狀、蜂窩狀或泡沫狀載體負(fù)載的納米金催化劑，將其置于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的等離子體下游區(qū)。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法， 其特征是納米金催化劑上CO氧化反應(yīng)及其再生在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，當(dāng)納米金催化劑失活時(shí)，開啟等離子體電源對(duì)其原位再生。
全文摘要
本發(fā)明屬于催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種納米金催化劑的大氣壓冷等離子體再生方法。其特征是采用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，以含O2氣體為放電氣體，施加50Hz-50kHz的正弦交流高壓或方波脈沖高壓在大氣壓下產(chǎn)生冷等離子體；含O2氣體中O2的體積百分比為5-100％，再生時(shí)間為0.1-1小時(shí)。納米金催化劑置于介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的等離子體放電區(qū)或等離子體下游區(qū)。本發(fā)明的效果和益處是在大氣壓和低溫下運(yùn)行，無需真空設(shè)備，裝置簡(jiǎn)便易行，能耗低。該方法非常適用于納米金催化劑的再生，尤其適用于CO催化氧化反應(yīng)體系納米金催化劑的原位再生。
文檔編號(hào)B01J23/96GK102600866SQ201210043100
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者朱愛民, 李小松, 石川 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)