[發明專利]雙金屬改性MCM-41分子篩催化劑及制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010900967.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112023976A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 黃宇;王美霞;曹軍驥
• 申請（專利權）人: 中國科學院地球環境研究所;西安地球環境創新研究院
• 主分類號: B01J29/03
• 分類號: B01J29/03;B01J37/04;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

雙金屬改性MCM?41分子篩催化劑及制備方法和應用，將模板劑、稀釋劑與酸混合，或將模板劑、稀釋劑與堿混合，然后加入硅源，攪拌均勻，過濾，洗滌，干燥，得到MCM?41分子篩；將金屬硝酸鹽與MCM?41分子篩通過球磨混合均勻，然后焙燒，得到雙金屬改性MCM?41分子篩催化劑。本發明的制備方法簡單易操作，金屬硝酸鹽經過分解產生的雙金屬氧化物種能夠更好的分散于MCM?41分子篩上，從而有效避免活性位點團聚燒結；可有效地提高甲苯完全氧化反應的活性等問題，降低了反應溫度窗口，抑制了部分積碳的生成催化劑的穩定性為反應37小時后甲苯轉化率不變。

技術領域

本發明屬于提升甲苯催化氧化反應活性的催化技術，涉及雙金屬改性MCM-41分子篩催化劑及制備方法和應用。

背景技術

VOCs(volatile organic compounds，揮發性有機物)，根據世界衛生組織的定義，指常溫下沸點50℃～260℃或20℃時飽和蒸氣壓大于等于10Pa的各種有機化合物的統稱。VOCs是大氣環境中二次有機氣溶膠和O₃污染的重要前體物之一，VOCs的減排與治理已經成為當前大氣污染防治的重點工作。甲苯(toluene)是一種典型的VOCs，廣泛存在于石油化工行業的廢氣廢液以及室內家具裝飾物等中，屬于有害空氣污染物(HAPs)。

甲苯的有效治理除源頭和過程控制外，末端治理是重點。末端治理技術有吸收法、燃燒法、冷凝法、吸附法、生物法、低溫等離子體法等。其中燃燒法是一種徹底破壞的辦法，分直接燃燒法和催化燃燒法，直接燃燒法運行溫度高(800～1200℃)，工藝能耗高，燃燒尾氣中易出現二噁英、NO_x等副產物，應用范圍逐漸被限制，為了提高熱經濟性，研究者們通過改進催化劑使反應溫度降低，改變原有反應路徑，降低反應活化能，從而加速反應，即催化燃燒法(催化氧化法)。該方法使用的催化劑大致可以分為貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和稀土復合氧化物催化劑三大類。復合過渡金屬氧化物催化劑的活性明顯高于單金屬氧化物催化劑，且某些復合氧化物在一定條件下能夠達到貴金屬催化劑的效果，同時，負載型過渡金屬氧化物催化劑可有效解決高溫下活性位點燒結的問題。作為貴金屬催化劑的替代品，過渡金屬氧化物催化劑目前得到了廣泛的關注。

目前，關于該反應催化劑和工藝研究的文獻和專利逐年增多，大多數研究者將目光集中在過渡金屬氧化物催化劑的助劑、載體選擇和制備方法上，以期得到催化活性優異，且穩定性高、價格便宜的催化劑。載體類型及性質對其負載助催化劑有重要的影響，研究通常從材料比表面積、孔隙結構、親疏水性等方面對載體進行綜合考慮。MCM-41分子篩具有高的比表面積、發達的孔隙結構和可調的親疏水性，可有效提高助劑的分散性。已有的MCM-41負載型催化劑在甲苯催化氧化反應中，溫度窗口較高，反應能耗大。

發明內容

本發明的目的在于提升甲苯催化氧化反應的活性，提供一種雙金屬改性MCM-41分子篩催化劑及制備方法和應用，該催化劑具有活性較高、選擇性好、穩定性較好及制備成本低的特點，制備方法過程簡單。

為實現上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：

雙金屬改性MCM-41分子篩催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將模板劑、稀釋劑與酸混合，或將模板劑、稀釋劑與堿混合，然后加入硅源，攪拌均勻，過濾，洗滌，干燥，得到MCM-41分子篩；

(2)將金屬硝酸鹽與MCM-41分子篩通過球磨混合均勻，然后焙燒，得到雙金屬改性MCM-41分子篩催化劑。

本發明進一步的改進在于，模板劑為十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三乙基溴化銨、溴代十六烷基吡啶或溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑離子液體；硅源為正硅酸乙酯、硅酸鈉、微硅粉或硅溶膠；稀釋劑為水；酸為鹽酸；堿為氨水。

本發明進一步的改進在于，鹽酸的質量濃度為35％，氨水的質量濃度為29％。