[發(fā)明專利]一種無溶液法合成用于碳一化學(xué)嵌入式催化劑材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810207617.9
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN110270368B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張燚;邱寶成;劉意
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: B01J29/76
• 分類號: B01J29/76;B01J29/03;B01J29/04;B01J29/70;B01J29/85;B01J29/48;B01J29/44;B01J37/02;B01J37/30;B01J37/16
• 代理公司: 北京志霖律師事務(wù)所 11575
• 代理人: 張文祎

本發(fā)明公開了一種無溶液法制備用于碳一化學(xué)反應(yīng)的嵌入式催化劑方法，包括以下幾個步驟：S1、前驅(qū)體的制備；S2、無溶液法分子篩制備；S3、分子篩離子交換；S4、再經(jīng)過壓片、造粒、還原獲得成型的嵌入式催化劑。本發(fā)明所制備的嵌入式催化劑催化活性很好、選擇性較高同時優(yōu)異的穩(wěn)定性；在制備催化劑過程中并未添加任何的水，能夠在很大程度減少廢物的產(chǎn)生；所制備分子篩催化劑原料廉價、易得，制作工藝簡單，催化劑成本低適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型的催化劑制備方法，具體涉及到一種無溶液法合成用于碳一化學(xué)嵌入式催化劑材料的方法。該催化劑制備方法可廣泛應(yīng)用于甲烷無氧芳構(gòu)化、費托合成、甲烷重整、CO氧化等碳一化學(xué)反應(yīng)，屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物只涉及到一個碳原子的反應(yīng)統(tǒng)稱為碳一化學(xué)。碳一化學(xué)的主要目的是節(jié)約煤炭和石油資源，用少的碳原料生成多的燃料，提供給人類。

碳一化學(xué)是以一碳?xì)浠磻?yīng)開始，以含一個碳原子的化合物——甲烷(CH₄)、合成氣(CO和H₂)、CO₂、CH₃OH、HCHO等為初始反應(yīng)物，反應(yīng)合成一系列重要的化工原料和燃料的化學(xué)。碳一化學(xué)的基干物質(zhì)是CO和H₂，是從任何含碳資源都能夠容易得到的，這是一碳化學(xué)能夠處于未來化學(xué)產(chǎn)業(yè)的核心的最大理由。

上世紀(jì)70年代，日本首先提出了碳一化學(xué)的概念，與此同時，美國的孟山都公司使用低壓甲醇羰基化制取醋酸技術(shù)獲得了工業(yè)應(yīng)用；美國莫比爾化學(xué)公司利用ZSM-5分子篩催化劑成功的應(yīng)用于甲醇轉(zhuǎn)化制汽油；加拿大、中東等天然氣產(chǎn)量豐富的國家，其通過天然氣制甲醇的生產(chǎn)能力的快速提高使得甲醇市場涌入大量甲醇。因此，近年來碳一化學(xué)不僅研究以合成氣，而且也研究以甲醇作為重要的基礎(chǔ)原料來合成一系列的以乙烯為基礎(chǔ)原料生產(chǎn)的基本有機化工產(chǎn)品。

碳一化學(xué)實際上就是一種新一代的煤化工和天然氣化工。目前產(chǎn)品主要包括液體燃料、燃料添加劑、低碳烯烴、合成低碳醇，同時也包括甲醇以及其系列產(chǎn)品、甲醇以及其系列產(chǎn)品等六大類化工產(chǎn)品。而把握碳一化學(xué)的關(guān)鍵是催化劑，如何開發(fā)優(yōu)良的催化劑左右著一碳化學(xué)的成敗。

1949年，人工合成沸石獲得成功。隨后經(jīng)過科研工作者近60年的不懈努力，已有60多類熱穩(wěn)定的硅鋁酸鹽沸石分子篩被合成出來。1982年，Wilson等人報道了磷酸鋁沸石類材料的合成，隨后許多不同骨架元素組成的、不同微孔化合物類型的、不同骨架結(jié)構(gòu)的新分子篩被合成出來。由于沸石分子篩催化材料對反應(yīng)物、中間態(tài)與產(chǎn)物分子的形狀、空間與區(qū)域具有選擇催化性能，并且分子篩的酸性與結(jié)構(gòu)等性能也易于調(diào)變，使得沸石分子篩得以大量應(yīng)用。最早的分子篩合成為水熱合成法，該路線的需要使用大量的水作為溶劑，之后進(jìn)一步發(fā)展使用有機醇作為溶劑進(jìn)行水熱合成。之后有人提出了干凝膠轉(zhuǎn)化法，將形成分子篩凝膠的水溶劑蒸干后再滴加少量的水進(jìn)行晶化。近年來有人提出了以離子液體作為溶劑來合成分子篩，該路線利用既可作為模板劑又可作為溶劑的離子液體來合成分子篩，但是此方法的應(yīng)用范圍有限，目前僅適用于磷鋁骨架分子篩，同時由于離子液體價格高昂限制了其在工業(yè)過程中的應(yīng)用。

除水熱合成法之外，用其他方法合成分子篩價格高昂且涉及到大量的有機溶劑使用，因此，目前工業(yè)生產(chǎn)過程中最常用的仍然是使用水熱合成法制備工業(yè)化合成分子篩。但是，水熱合成分子篩會使用大量的水作為溶劑，同時也使用大量的有機模板劑，且受合成條件如晶化溫度、晶化時間、水熱合成堿性環(huán)境，分子篩凝膠的生成等各個方面的影響較大，故其適用的合成范圍較窄，分子篩的收率較低，容易在合成分子篩過程中造成活性金屬的溶解。如果能最大程度上減少合成分子篩過程中使用的溶劑水以及減少有機模板劑的使用，簡化合成分子篩的步驟，減少分子篩在合成過程中的損失以及活性金屬的溶解，不僅能在很大程度上降低分子篩生產(chǎn)成本，而且能大大減少廢物的排放，這對于保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)分子篩的工業(yè)化可持續(xù)發(fā)展都有著很大的意義。