[發明專利]氮摻雜碳納米管作為乙醇選擇性氧化制備乙醛的催化劑的應用

有效

• 申請號: 201610802661.5
• 申請日: 2016-09-05
• 公開（公告）號: CN106391081B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 劉洪陽;王嘉;蘇黨生
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C07C45/38;C07C47/07;C07C47/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種氮摻雜碳納米管作為乙醇選擇性氧化制備乙醛的催化劑的應用，屬于氣相醇的選擇性氧化應用催化劑領域。本發明將氮摻雜的碳納米管材料作為乙醇選擇性氧化制乙醛反應的催化劑，在有氧的條件下催化乙醇轉化為乙醛，催化劑的使用溫度是180?320℃；催化反應條件為：空速46000ml/g·h，乙醇的體積濃度為0.6％，乙醇與氧氣體積比是0.16；該催化劑性能穩定，在反應過程中不易積碳，而且催化劑處理條件簡單，容易在工業應用中實現。

技術領域

本發明涉及氣相醇的選擇性氧化應用催化劑技術領域，具體涉及一種氮摻雜碳納米管作為乙醇選擇性氧化制備乙醛的催化劑的應用。

背景技術

乙醛是一種含氧化合物，具有一個羰基，由于氧原子的負電性，容易極化成極性端基結構，從而形成了正碳和半極化鍵的氧。活性端基結構中的羰基，可以發生很多加成、環化和聚合反應，而半極性鍵的氧原子是無反應活性的，僅僅只與強酸或絡合物形成不穩定的絡合物。乙醛作為重要的脂肪族化合物，是制造乙酸、過乙酸、乙酸酐、乙酸酮、乙酸乙酯、丁烯醛、正丁醇、2-乙基己醇、季戊四醇、三氯乙醛、吡啶等多種重要化學品的重要原料，具有很高的工業應用價值。

目前工業上采用乙醇生產乙醛的過程主要有兩個：乙醇氧化法和乙醇脫氫法。乙醇脫氫法采用廉價的銅系催化劑，生產成本較低。反應在常壓，較低的溫度(270-300℃)，乙醇轉化率為30-50％，乙醛選擇性為90-95％，同時生成高純度的氫氣，合成工藝采用固定床反應器，不需要分離生成物和催化劑。工業上用乙醇氧化法制備乙醛常用銀絲網或蓬松結晶銀催化劑，乙醇蒸氣與空氣混合，在0.3MPa，反應溫度為450-550℃條件下通過催化劑，隨著空氣用量不同，反應溫度達到一定值，此時氧化反應放出的熱量恰好與脫氫反應需要的熱量相抵，隨反應溫度的不同，乙醇單程轉化率達30-50％，選擇性85-95％，該法的最大缺點是催化劑價格昂貴以及反應溫度較高。近年來，研究者對乙醇氧化催化過程進行了許多的研究，多數集中在金屬或者金屬氧化物催化劑上，雖然在較低的溫度下能夠得到較高的轉化率，但是選擇性較差，而且催化劑的穩定性比較差。

發明內容

為了解決目前乙醇選擇性氧化過程較高的使用溫度以及較低的選擇性，本發明提供一種氮摻雜碳納米管作為乙醇選擇性氧化制備乙醛的催化劑的應用，所述氮摻雜的碳納米管作為能夠催化乙醇選擇性氧化反應的非金屬催化劑，其有較好的抗氧化穩定性，可以在有氧的條件下催化乙醇選擇性氧化生成乙醛，并且能夠獲得較高的乙醛收率。

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

一種氮摻雜碳納米管作為乙醇選擇性氧化制備乙醛的催化劑的應用，將氮摻雜碳納米管作為催化劑應用于乙醇選擇性氧化制備乙醛反應，其中：所述氮摻雜碳納米管中的氮摻雜量為1.3～9.3at.％。所述氮摻雜碳納米管的比表面積為70～120m²/g。

所述乙醇選擇性氧化制備乙醛反應中，催化劑的使用溫度為200～320℃。

所述乙醇選擇性氧化制備乙醛反應中，通入的混合原料氣為乙醇、氧氣與氦氣，混合原料氣中乙醇體積濃度0.6％，乙醇與氧氣的體積比為0.16；催化反應條件為：空速10000～50000mL/g·h。

本發明采用氮摻雜的碳納米管作為乙醇選擇性氧化制備乙醛的催化劑，乙醇轉化率為60～80％，乙醛選擇性為85-95％。

本發明優點如下：

1、為改善碳納米管低溫催化乙醇選擇性氧化制乙醛的催化性能，本發明將氮摻雜的碳納米管材料作為乙醇選擇性氧化反應的催化劑，該催化劑是通過CVD方法得到的氮摻雜的碳納米管，該催化劑在有氧的條件下催化乙醇選擇性氧化生成乙醛，催化劑性能穩定，催化活性高，在反應過程中不易積炭。

2、將氮摻雜的碳納米管材料作為乙醇選擇性氧化反應的催化劑，反應溫度低，可以在較大的空速下運行，更重要的是催化劑的制備過程簡單，不使用過渡金屬和貴金屬催化劑，容易在工業應用中實現。