[發明專利]一種多孔碳負載貴金屬催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201510548409.1
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105126828B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 陳麗華;毛家瑋;歐陽逸挺;余勇;李昱;鄧兆;蘇寶連
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/44;B01J23/50;B01J23/52
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，具體涉及一種多孔碳負載貴金屬催化劑及其制備方法。

背景技術

無機多孔材料作為催化劑及催化劑載體材料，具有催化活性及選擇性高、結構穩定、制備技術簡單、成本低廉、后處理簡單、可重復利用性等優點，在工業催化劑應用中占有非常重要的地位，在石油煉制和化學工業中已經得到大量的應用，例如FCC催化劑分子篩Y以及ZSM-5。無機多孔材料一般用于多相催化體系中，其催化反應的歷程包括反應物擴散及吸附到催化劑表面過程、反應物在催化體系中的化學反應以及反應產物從催化劑中的脫附及擴散過程。根據這一基本的催化反應歷程，無機多孔材料需要具備流通擴散性能優異、催化活性及選擇性高、結構與性能穩定、使用周期長等屬性，使其作為催化劑及催化劑載體在催化應用中具有不可替代的優勢。

無機多孔材料負載型貴金屬催化劑，充分結合了納米貴金屬優異的催化活性、抗氧化及耐腐蝕性能，以及無機多孔材料優異的流通擴散性能、高的比表面積及孔隙率、孔道尺寸的選擇性催化性能等優勢，迅速引起了催化劑研究工作者的廣泛興趣，并成為了目前催化劑技術領域的研究熱點。大量的負載納米貴金屬型催化劑材料已經被成功報道，例如Pt/A1₂O₃、Pd/C、Ag/Al₂O₃、Rh/SiO₂、Pt-Pd/Al₂O₃、Pt-Rh/Al₂O₃等。現有的研究表明，負載納米貴金屬型催化劑材料具有優異的催化活性及選擇性，然而通常是利用多孔載體材料的表面進行負載的方法制備，因此納米貴金屬型催化劑材料往往存在納米活性中心易流失、催化劑穩定性差等問題，使其使用壽命大大縮短，從而降低了其使用的效率。因此，提高負載納米貴金屬型催化劑的穩定性及其使用壽命，是目前貴金屬催化劑研究領域的難點。

本專利將納米貴金屬引入到三維有序多孔材料的球形模板中，制備出一種負載單分散納米貴金屬型無機多孔催化劑材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種催化活性高、穩定性良好的多孔碳負載貴金屬催化劑及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

提供一種多孔碳負載貴金屬催化劑，所述催化劑由多孔籠狀碳材料及分布在多孔籠狀碳材料內部的貴金屬納米顆粒組成。

按上述方案，所述多孔籠狀碳材料具有大孔/介孔二級孔道結構，大孔孔徑為250-700nm，介孔孔徑為5-8nm，所述貴金屬納米顆粒粒徑為20-50nm。

按上述方案，所述貴金屬納米顆粒為金納米顆粒、銀納米顆粒、鉑納米顆粒或鈀納米顆粒。本發明所用貴金屬納米顆粒具有極高的催化活性和選擇性，以及良好的初始催化活性和耐久性。

本發明多孔碳負載貴金屬催化劑的制備方法步驟如下：

1)將貴金屬納米顆粒分散于水中，得到貴金屬納米分散液，向所述貴金屬納米分散液中加入分散劑溶液，其中貴金屬納米顆粒與分散劑質量比為1:25-60，充分分散后離心分離除去上清液得到表面修飾的貴金屬納米顆粒；

2)將步驟1)所得表面修飾的貴金屬納米顆粒與無水乙醇、去離子水混合，超聲分散均勻得到均相體系，向所述均相體系中加入少量氨水溶液，以及正硅酸乙酯，其中正硅酸乙酯與表面修飾的貴金屬納米顆粒質量比為0.8-1:1，攪拌12-24h，得到貴金屬@SiO₂核殼顆粒；

3)將步驟2)所得貴金屬@SiO₂核殼顆粒與PS微球、碳基底材料、稀硫酸溶液混合，其中貴金屬@SiO₂核殼顆粒、PS微球與碳基底材料質量比為3:15-20:3，超聲分散均勻后于120-200℃反應1-2h，反應結束后將產物干燥并充分碳化得到無機物骨架，再將碳化后的無機物骨架放入管式爐中熱處理，自然冷卻后放入HF溶液中處理10-15h除去二氧化硅，最后洗滌、烘干得到多孔碳負載貴金屬催化劑。

按上述方案，步驟1)所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮，其分子量為100000-400000；所述分散劑溶液濃度為5-10wt％。

按上述方案，步驟3)所述PS微球平均粒徑為250-700nm，并且粒徑分布均勻。

按上述方案，步驟3)所述碳基底材料為蔗糖；所述稀硫酸溶液濃度為10wt％。

按上述方案，步驟3)所述碳化工藝為：在100℃溫度下碳化8-10h，再于160℃碳化6-8h。