[發明專利]一種用于甲烷選擇性氧化的非金屬催化劑、其優化方法及應用

在審

• 申請號: 201711057267.4
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107876076A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 陸安慧;王陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J27/16;B01J27/14;B01J37/14;C07C9/06;C07C11/04;C07C2/84;C01B3/36;C01B3/40
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠

1.一種用于甲烷選擇性氧化的非金屬催化劑，其特征在于，所述的非金屬催化劑包括六方氮化硼、立方氮化硼、菱方氮化硼、磷酸硼和磷化硼，通過表面官能化處理，優化非金屬催化劑的表面結構，通過XPS確定其官能化特征基團；

六方氮化硼催化劑通過XRD衍射峰位置確定氮化硼晶體結構，2θ＝26.8、41.6、43.7、54.9處分別為六方氮化硼002、100、101、004晶面的特征峰；

立方氮化硼催化劑通過XRD衍射峰位置確定氮化硼晶體結構，2θ＝43.3、50.4、74.1、89.9處分別為六方氮化硼101、004、110、112晶面的特征峰；

菱方氮化硼催化劑通過XRD衍射峰位置確定氮化硼晶體結構，2θ＝26.7、42.6、45.6、55.1、75.9處分別為六方氮化硼002、100、101、004、110晶面的特征峰；

磷化硼催化劑通過XRD衍射峰位置確定磷化硼晶體結構，2θ＝34.2、39.7、57.4、68.5處分別為磷化硼111、200、220、311晶面的特征峰；

磷酸硼催化劑通過XRD衍射峰位置確定磷酸硼晶體結構，2θ＝24.5、40.0、48.9、63.7處分別為六方氮化硼101、112、211、213晶面的特征峰。

2.一種用于甲烷選擇性氧化的非金屬催化劑的優化方法，其特征在于，步驟如下：

a)球磨處理：非金屬催化劑室溫球磨4～12h，氣氛為空氣、氮氣、氬氣或氦氣；

b)氧化處理：非金屬催化劑在空氣或氧氣氛圍中，500～750℃溫度條件下處理1～6h；

c)活化處理：步驟b)所述催化劑進行活化，提供兩種活化方式：

Ⅰ)在25～100℃溫度條件下，將步驟b)得到的非金屬催化劑用雙氧水處理4～24h；或在20～90℃溫度條件下，將步驟b)預處理得到的非金屬催化劑用硝酸回流處理1～4h；

Ⅱ)在步驟b)得到的非金屬催化劑表面，負載質量分數為0.5～5wt％的鈉鹽或鉀鹽，活化1～12h；

d)純化處理：將步驟c)活化后的非金屬催化劑用無機酸、氨水或去離子水洗滌，去掉非金屬催化劑存在的雜質以及處理過程中引入的雜質。

3.根據權利要求2所述的優化方法，其特征在于，步驟Ⅰ)中活化所用的氣氛為濕空氣、氫氧混合氣或反應氣。

4.一種權利要求1所述的非金屬催化劑在甲烷選擇性氧化反應中的應用，其特征在于，步驟如下：

以甲烷和氧氣為原料，反應溫度600～800℃，常壓下反應，混合氣體積空速為5000～40000h^-1，進行催化氧化反應；

產物分析采用氣相色譜儀，其條件：5A分子篩；Porapak Q 2柱；TCD檢測器；COx加氫轉化爐。

5.根據權利要求4所述的應用，其特征在于，所述的原料用氮氣、氬氣或氦氣稀釋。