[發(fā)明專(zhuān)利]一種介孔碳球負(fù)載鎳鐵合金納米顆粒催化劑及其制備方法與應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910358045.9
• 申請(qǐng)日: 2019-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110052270A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙玉軍;韓巧;馬新賓;王勝平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/755
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/755;B01J35/02;B01J35/08;B01J35/10;C07C1/20;C07C13/18
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 趙熠

本發(fā)明涉及一種介孔碳球負(fù)載鎳鐵合金納米顆粒催化劑，以酚醛樹(shù)脂為碳源，硅溶膠為模板劑，在油包水體系中形成二氧化硅?聚合物球，碳化得到二氧化硅?碳球，通過(guò)刻蝕得到介孔碳球載體。將硝酸鎳和硝酸鐵按比例溶于乙醇溶液，負(fù)載在所述載體上，依次經(jīng)過(guò)焙燒和還原，最終得到鎳鐵合金納米顆粒負(fù)載于介孔碳球的催化劑。本發(fā)明的制備方案工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低；制備的鎳鐵合金納米顆粒負(fù)載于介孔碳球催化劑，鎳鐵合金納米顆粒粒徑均一且分散度高；催化劑的孔道豐富，孔徑分布狹窄，比表面大。將其用于液相酚類(lèi)加氫脫氧反應(yīng)，酚類(lèi)轉(zhuǎn)化率達(dá)99.9％，環(huán)烷烴選擇性最高達(dá)到96.7％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種介孔碳球負(fù)載鎳鐵合金納米顆粒催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，利用木質(zhì)素制取生物油及高附加值化學(xué)品被廣泛研究，苯酚是木質(zhì)素最簡(jiǎn)單的模型化合物，用其作為反應(yīng)物可以較好地模擬木質(zhì)素催化加氫脫氧制生物油或化學(xué)品的反應(yīng)。最初，許多加氫脫氧反應(yīng)研究工作是以金屬硫化物為催化劑，然而，硫流失易導(dǎo)致的催化劑失活，再硫化過(guò)程限制了金屬硫化物的發(fā)展。貴金屬催化劑以其加氫活性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)也被人們用于此體系的研究，Pt、Pd和Ru等都有很好的加氫脫氧活性，但由于它們價(jià)格昂貴，難以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要。因此開(kāi)發(fā)具有高加氫脫氧活性的非貴金屬催化劑就顯得尤為重要。鎳基催化劑在加氫反應(yīng)中具有很高的活性，且價(jià)格低廉來(lái)源廣泛，是良好的貴金屬替代物；人們發(fā)現(xiàn)鐵基催化劑可以活化和誘導(dǎo)含氧芳基化合物中C-O鍵的斷裂。因此，研究和開(kāi)發(fā)鐵鎳雙金屬催化劑用于催化苯酚加氫脫氧反應(yīng)具有良好的理論基礎(chǔ)和重要的研究意義。

選擇合適的載體可以提高金屬的分散度，從而可以降低金屬用量，利用載體的優(yōu)勢(shì)也可提高催化劑活性。二氧化硅和氧化鋁等常被用過(guò)催化劑載體，但它們本身存在的一些問(wèn)題，一方面這些載體很容易與鎳和鐵等金屬形成強(qiáng)相互作用而影響金屬的性能，另一方面載體本身存在的酸性會(huì)影響脫氧性能的研究。碳載體因其表面惰性的特點(diǎn)，很難與金屬形成強(qiáng)相互作用，也不會(huì)存在酸堿性而影響脫氧反應(yīng)的研究。而介孔碳球具有豐富的孔道，大的比表面，為負(fù)載金屬催化劑提供了一種優(yōu)質(zhì)的載體。

因此發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)鎳鐵合金納米顆粒均勻負(fù)載于介孔碳球催化劑的制備方法，并將制備的催化劑用于液相苯酚加氫脫氧反應(yīng)的研究具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種鎳鐵合金納米顆粒負(fù)載于介孔碳球催化劑，為現(xiàn)有的木質(zhì)素加氫脫氧催化劑研究領(lǐng)域添加一類(lèi)新品種。

本發(fā)明制備的催化劑可通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：以酚醛樹(shù)脂為碳源，硅溶膠為模板劑，在油包水體系中形成二氧化硅-聚合物球，碳化得到二氧化硅-碳球，通過(guò)刻蝕得到介孔碳球載體。將硝酸鎳和硝酸鐵按比例溶于乙醇溶液，負(fù)載在所述載體上，依次經(jīng)過(guò)焙燒和還原，最終得到鎳鐵合金納米顆粒負(fù)載于介孔碳球的催化劑。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種鎳鐵合金納米顆粒均勻負(fù)載于介孔碳球催化劑，其特征在于：以酚醛樹(shù)脂為碳源，硅溶膠為模板劑，在油包水體系中形成二氧化硅-聚合物球，碳化得到二氧化硅-碳球，通過(guò)刻蝕得到介孔碳球載體；將硝酸鎳和硝酸鐵按比例溶于乙醇溶液，負(fù)載在所述載體上，依次經(jīng)過(guò)焙燒和還原，最終得到鎳鐵合金納米顆粒負(fù)載于介孔碳球的催化劑；

總金屬含量為5-30wt.％，其余為介孔碳，鎳鐵比為1:5-5:1。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種鎳鐵合金納米顆粒均勻負(fù)載于介孔碳球催化劑的制備方法，包括以下步驟：

⑴將硅溶膠滴加入間苯二酚和甲醛的混合水溶液，倒入至液體石蠟和表面活性劑的混合液中，85℃下攪拌反應(yīng)30分鐘后停止攪拌，在此溫度下靜止老化；

⑵將步驟⑴得到的產(chǎn)物離心洗滌，80-100℃下干燥10-12小時(shí)后研磨成粉末狀，置于氬氣爐中高溫碳化后刻蝕去除二氧化硅得到介孔碳球載體；