技术领域
[0001] 本
发明涉及活性炭的预处理及负载制备催化剂的方法，特别是涉及纳米金催化剂载体活性炭的预处理及负载制备催化剂的方法。
背景技术
[0002] 活性炭由于其独特的物理
吸附和
化学吸附的双重特性，已广泛应用于食品、医药、化工、
能源再生等生产生活的方方面面，特别在贵金属催化剂领域，活性炭用量大、种类多、预处理方法多样。在贵金属催化剂制备过程中，对载体活性炭的预处理是必不可少的关键步骤，其中双
氧水预处理方法应用普遍。王耀斌用25％双氧水溶液预处理椰壳活性炭，洗涤烘干后浸渍还原含钯溶液得到钯炭催化剂(CN 106732558 A)。吴省等通过30％双氧水溶液回流
炭黑，并经洗涤烘干后浸渍还原氯铂酸制备出Pt/C电催化剂(CN 101176843 A)。然而，多数活性炭预处理工艺是针对Pt、Pd等使用广的贵金属催化剂而提出，由于Au的催化功效发掘较晚，尚没有形成适于黄金催化剂的、高效、经济、环保的载体活性炭预处理工艺，这严重阻碍了黄金催化材料的产业化步伐。
[0003] 目前，活性炭负载贵金属催化剂的技术路线为：将预处理后的活性炭载体洗涤至中性并烘干，按比例加入到贵金属前驱体溶液中浸渍吸附，浸渍后直接液相还原制得贵金属催化剂，或过滤烘干浸渍后活性炭并经氢气高温还原制得贵金属催化剂。该路线的主要问题在于：采用的预处理
试剂溶液浓度高，采用纯水洗涤活性炭导致用水量大；预处理活性炭需烘干后才可负载，烘干提高了催化剂制备能耗，从而增加了催化剂生产成本。祁彩霞等采用
质量浓度20-40％的
硝酸预处理活性炭，洗涤至中性并烘干后负载纳米金，制备出纳米金催化剂(CN 103962132 B)。这种工艺硝酸用量大、能耗高、洗涤水消耗多。
发明内容
[0004] 本发明提供一种纳米金催化剂载体活性炭预处理及负载制备催化剂的方法，以解决贵金属催化剂载体活性炭预处理工艺中存在的试剂浓度高、洗涤用水量大、干燥耗能等问题。通过选取合适的预处理试剂与加入方式、创新活性炭洗涤方式、改变活性炭使用形态，形成适用于黄金催化剂的载体活性炭预处理及负载制备催化剂的方法。
[0005] 本发明采用的技术方案是：纳米金催化剂载体活性炭的预处理方法，包括以下步骤：
[0006] (1)将活性炭加入到预处理试剂溶液中，密闭容器并搅拌混合，设定搅拌速率100～600rpm，处理
温度10～70℃，处理时间0.5～4h；
[0007] (2)将处理后的活性炭料液经固液分离，并反复洗涤直至滤液pH≥4；
[0008] 所述步骤(1)中，活性炭与预处理试剂溶液质量比为1:5～20。
[0009] 所述步骤(1)中，活性炭粒度为100～400目，
比表面积750～1000m2/g，孔径0～2nm。
[0010] 所述步骤(1)中，预处理试剂为HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、CH3COOH、H2O2、NaClO中的一种或几种混合，预处理试剂溶液质量浓度为0.1％～20％，不同种类预处理试剂同步加入或分步加入。
[0011] 所述步骤(2)中，活性炭洗涤用水pH值为5～11，主要成分为NaOH、Na2CO3或NaHCO3。
[0012] 所述步骤(2)中，过滤后活性炭含水率58％～65％，烘干后比表面积900～1500m2/g，孔径1～4nm。
[0013] 一种负载制备纳米金催化剂的方法，包括下列步骤：
[0014] 将步骤(2)所得湿活性炭加入到纳米金分散液中，液固比为5～50:1，并于0～30℃搅拌混合0.5～4h，过滤，纯水洗涤催化剂
滤饼1～10次，即可得到纳米金催化剂。
[0015] 所述的纳米金分散液浓度50～500mg/L，纳米金颗粒尺寸1～100nm。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] (1)利用低浓度的复合预处理试剂协同处理，活性炭比表面积和孔径都显著变大，载金能
力强，纳米金在载体活性炭表面分散性好、不团聚，本发明适合纳米金催化剂规模化生产。
[0018] (2)在贵金属催化剂研究领域，一般认为需要将活性炭载体洗涤至中性，以更接近催化剂的反应pH，本发明通过大量试验，发现采用不同pH值水洗涤活性炭至pH≥4，湿炭负载后的纳米金催化剂性能优异，因此，本发明不仅降低了活性炭洗水用量，而且改变传统干炭负载为湿炭负载，降低纳米金催化剂的生产能耗。
[0019] (3)利用本发明的预处理活性炭载体负载纳米金，纳米金颗粒在载体表面均匀分布，不团聚且负载强度高。
附图说明
[0020] 图1是
实施例5中纳米金催化剂的高分辨透射电镜照片；
[0021] 图2是实施例5中纳米金催化剂剧烈搅拌水洗后滤液中金含量测试结果。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0023] 实施例1
[0024] (1)将10g活性炭加入到100mL质量浓度为3％的HCl溶液中，70℃下搅拌2小时，搅拌速率300rpm，
真空抽滤处理后料液，每次用100mL纯水或pH＝9的NaHCO3溶液反复搅拌洗涤活性炭滤饼，直至洗涤滤液pH＝4.2，取5g湿炭烘干，计算含水率为64.2％。其余湿炭于2℃冷藏备用；
[0025] 所述活性炭比表面积为750m2/g、孔径0.5nm，处理后活性炭比表面积930m2/g、孔径0.9nm；
[0026] (2)将13.75g湿炭投入到500mL浓度为50mg/L的纳米金分散液中，室温下搅拌混合负载3小时，搅拌速率250rpm，过滤，收集负载滤液，用50mL纯水洗涤滤饼10次，封装滤饼并于-20℃冷冻保存；
[0027] 所述纳米金分散液呈紫红色，纳米金颗粒尺寸约20nm；负载滤液无色，测试金浓度为0.1mg/L。
[0028] 实施例2
[0029] (1)将20g活性炭加入到100mL质量浓度为5％的HNO3溶液中，60℃下搅拌4小时，搅拌速率400rpm，真空抽滤处理后料液，每次用200mL纯水或pH＝8、9、10、11的NaOH溶液反复搅拌洗涤活性炭滤饼，直至洗涤滤液pH＝4.5，取5g湿炭烘干，计算含水率为60.9％，其余湿炭于2℃冷藏备用；
[0030] 所述活性炭比表面积为980m2/g、孔径0.7nm，处理后活性炭比表面积1490m2/g、孔径1.92nm；
[0031] (2)将13.5g湿炭投入到500mL浓度为78mg/L的纳米金分散液中，2℃下搅拌混合负载2小时，搅拌速率300rpm，过滤，收集负载滤液。用50mL纯水洗涤滤饼8次，封装滤饼并于-20℃冷冻保存；
[0032] 所述纳米金分散液呈深红色，纳米金颗粒尺寸约1nm；负载滤液无色，测试金浓度为0.03mg/L。
[0033] 实施例3
[0034] (1)将10g活性炭加入到200mL质量浓度为20％的HClO4溶液中，40℃下搅拌3小时，搅拌速率400rpm，真空抽滤处理后料液，每次用100mL纯水或pH＝9、10、11的Na2CO3溶液反复搅拌洗涤活性炭滤饼，直至洗涤滤液pH＝4.08，取5g湿炭烘干，计算含水率为63.65％，其余湿炭于2℃冷藏备用；
[0035] 所述活性炭比表面积为1000m2/g、孔径0.7nm，处理后活性炭比表面积1310m2/g、孔径1.25nm；
[0036] (2)将60g湿炭投入到500mL浓度为500mg/L的纳米金分散液中，室温下搅拌混合负载4小时，搅拌速率200rpm，过滤，收集负载滤液，用50mL纯水洗涤滤饼10次，封装滤饼并于-20℃冷冻保存，
[0037] 所述纳米金分散液呈粉红色，纳米金颗粒尺寸约100nm；负载滤液无色，测试金浓度为0.09mg/L。
[0038] 实施例4
[0039] (1)将20g活性炭加入到100mL质量浓度为0.5％的H2O2溶液中，室温下搅拌0.5小时，搅拌速率400rpm，真空抽滤处理后料液，每次用200mL纯水(pH＝5.7)反复搅拌洗涤活性炭滤饼，直至洗涤滤液pH＝6.8，取5g湿炭烘干，计算含水率为64.3％，其余湿炭于2℃冷藏备用；
[0040] 所述活性炭比表面积为980m2/g、孔径0.7nm，处理后活性炭比表面积1470m2/g、孔径1.95nm；
[0041] (2)将30g湿炭投入到500mL浓度为200mg/L的纳米金分散液中，2℃下搅拌混合负载1.5小时，搅拌速率300rpm，过滤，收集负载滤液。用50mL纯水洗涤滤饼1次，封装滤饼并于-20℃冷冻保存；
[0042] 所述纳米金分散液呈深红色，纳米金颗粒尺寸约4nm；负载滤液无色，测试金浓度为0.01mg/L。
[0043] 实施例5
[0044] (1)将100g活性炭加入到500mL质量浓度为1％的H2O2溶液中，40℃下搅拌2小时，再加入一定量浓HNO3使HNO3质量浓度为5％，55℃下继续搅拌1小时，搅拌速率400rpm，
正压压滤处理后料液，每次用1000mL纯水或pH＝9、10、11的NaOH溶液反复冲洗活性炭滤饼，直至洗涤滤液pH＝4.1，取20g湿炭烘干，计算含水率为58.2％，其余湿炭于2℃冷藏备用；
[0045] 所述活性炭比表面积为980m2/g、孔径0.7nm，处理后活性炭比表面积1495m2/g、孔径1.98nm；
[0046] (2)将24g湿炭投入到1000mL浓度为76mg/L的纳米金分散液中，2℃下搅拌混合负载0.5小时，搅拌速率260rpm，过滤，收集负载滤液，用100mL纯水洗涤滤饼1次，封装滤饼并于-20℃冷冻保存；
[0047] 所述纳米金分散液呈深红色，纳米金颗粒尺寸约4nm；负载滤液无色，测试金浓度为0.008mg/L。
[0048] 如图1所示，纳米金催化剂中金颗粒均匀分散在预处理载体活性炭表面，无团聚现象，纳米金颗粒尺寸约3～6nm。
[0049] (3)将3.92g湿纳米金催化剂加入到300mL纯水中，在45℃下强烈搅拌，搅拌速率700rpm，搅拌时间4小时；过滤，收集滤液并测试金含量，重复上述过程；
[0050] 如图2所示，纳米金催化剂经60次强烈搅拌水洗后，单次金脱落量≤3.36μg，60次后累计金总损失量为47.24μg，相比于纳米金催化剂13.57mg含金量，催化剂使用60次后累计金损失率仅0.35％，表明载体活性炭负载强度高，纳米金颗粒不脱落。
[0051] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
