[發明專利]一種納米鈀基催化劑及制備和應用

有效

• 申請號: 201510909044.0
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN106861736B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 黃延強;王發楠;徐金銘;邵先釗;張濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種納米鈀基催化劑，其特征在于，該催化劑的載體為氮摻雜的介孔炭，活性組分為金屬態的鈀；其中鈀的質量擔載量為0.1～20%，介孔炭中氮的質量摻雜量為5～15%，具體的制備步驟如下：

（1）摻氮介孔炭載體的制備：將10～20克的二甲苯，10～20克的呋喃甲醇和0.1～0.2克的草酸混合，在玻璃棒攪拌下，滴加到10～15克的摻鋯的SBA-15模板中；然后在55～65 ℃中聚合22～26 h，85～95 ℃中聚合22～26 h，得到碳/硅復合物；將此復合物在氨氣氣氛中，140～160 ℃保持2～3 h，290～310 ℃保持2～3 h，600～800 ℃保持3～4 h，得到摻氮的碳/硅復合物；

（2）摻鋯的SBA-15模板的去除：將上述得到摻氮的碳/硅復合物于相對于硅摩爾數10倍以上過量的氫氟酸中充分攪拌20~48 h，得到摻氮介孔炭載體；

（3）負載金屬鈀粒子：將步驟（2）制得的摻氮介孔炭載體，分散在無水乙醇中，之后加入氯化鈀前驅體溶液中，并在20～40 ℃下攪拌均勻；然后滴加1～3 mol/L NaOH溶液，將pH調節至10～11，攪拌1～2 h，加入相對于鈀摩爾數10 倍以上過量的NaBH₄溶液進行金屬還原，并繼續攪拌1～2 h；經過過濾、洗滌和干燥，得到氮摻雜的介孔炭負載的納米鈀基催化劑。

2.一種權利要求1所述的納米鈀基催化劑的制備方法，其特征在于制備步驟如下：

（1）摻氮介孔炭載體的制備：將10～20克的二甲苯，10～20克的呋喃甲醇和0.1～0.2克的草酸混合，在玻璃棒攪拌下，滴加到10～15克的摻鋯的SBA-15模板中；然后在55～65 ℃中聚合22～26 h，85～95 ℃中聚合22～26 h，得到碳/硅復合物；將此復合物在氨氣氣氛中，140～160 ℃保持2～3 h，290～310 ℃保持2～3 h，600～800 ℃保持3～4 h，得到摻氮的碳/硅復合物；

（2）摻鋯的SBA-15模板的去除：將上述得到摻氮的碳/硅復合物于相對于硅摩爾數10倍以上過量的氫氟酸中充分攪拌20~48 h，得到摻氮介孔炭載體；

（3）負載金屬鈀粒子：將步驟（2）制得的摻氮介孔炭載體，分散在無水乙醇中，之后加入氯化鈀前驅體溶液中，并在20～40 ℃下攪拌均勻；然后滴加1～3 mol/L NaOH溶液，將pH調節至10～11，攪拌1～2 h，加入相對于鈀摩爾數10 倍以上過量的NaBH₄溶液進行金屬還原，并繼續攪拌1～2 h；經過過濾、洗滌和干燥，得到氮摻雜的介孔炭負載的納米鈀基催化劑。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（1）中所述的摻鋯的SBA-15模板的制備方法為：在質量濃度為30～40%的鹽酸溶液中加入聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物和氧氯化鋯，在水浴中攪拌溶解；然后與正硅酸乙酯經水熱反應得到白色沉淀；再將所得到的白色沉淀于520～560 ℃ 煅燒3～5 h，得到摻鋯的SBA-15模板；所述的聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物、氧氯化鋯、正硅酸乙酯和鹽酸的質量體積比為1 g：0.1~0.2 g：1.5~2.5 g：30~50 mL。

4.一種權利要求1所述的納米鈀基催化劑的應用，其特征在于，納米鈀基催化劑可以在無添加劑的情況下，催化甲酸鉀分解制氫；其中甲酸鉀濃度為0.5~10 mol/L，反應溫度為40～100 ℃。

5.一種權利要求1所述的納米鈀基催化劑的應用，其特征在于：納米鈀基催化劑可以在無添加劑的情況下，催化碳酸氫鉀加氫合成甲酸鉀；其中碳酸氫鉀濃度為0.5~10 mol/L，氫氣分壓為3~8 MPa，反應溫度為40～100 ℃。

6.一種權利要求1所述的納米鈀基催化劑的應用，其特征在于，納米鈀基催化劑不添加任何添加劑條件下，可以催化甲酸鉀分解，其轉化率超過80%，且甲酸鉀分解產物為碳酸氫鉀和H₂，無CO生成。

7.一種權利要求1所述的納米鈀基催化劑的應用，其特征在于，納米鈀基催化劑不添加任何添加劑條件下，可以碳酸氫鉀加氫，其平衡轉化率超過80 %。