[發明專利]一種催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110246913.1
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112973774B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 定明月;徐艷飛
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01J29/48
• 分類號: B01J29/48;C07C1/04;C07C15/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 藍曉玉

本發明提供了一種催化劑及其制備方法和應用，該催化劑包括作為蛋黃的過渡金屬納米顆粒以及作為蛋殼的分子篩，過渡金屬包括Fe和/或Mn，分子篩為HZSM?5分子篩。本發明的催化劑，通過將過渡金屬封裝于中空分子篩的內部，形成蛋黃?蛋殼結構，相比于傳統的催化劑，這種結構使得在過渡金屬上生成的所有中間產物烯烴都必須經過殼層分子篩、并在其上進一步轉化成芳烴，進而提高芳烴的時空產率；此外，經過四丙基氫氧化銨處理后，分子篩變成中空結構，中空結構的分子篩的殼層較薄，有利于產物芳烴及時擴散出去、避免因芳烴聚合生成積碳而導致分子篩失活，進而提高催化劑的穩定性能。

技術領域

本發明涉及催化材料技術領域，尤其涉及一種催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

芳烴是現代化工中重要的基礎原材料，目前在工業上主要是從石油中提取制備芳烴。隨著芳烴需求量的日益增長和石油資源的逐漸枯竭，急需開發出一種替代石油生產芳烴的新途徑。近年來，將煤、生物質或天然氣轉化成合成氣(一氧化碳和氫氣)，再將合成氣轉化為高附加值的芳烴，這一新途徑受到了國內外研究者們的廣泛關注。

這一新途徑的核心是設計出可以將合成氣高效轉化為芳烴的催化劑。目前，芳烴的時空產率最高為0.91g·g_Fe^-1·h^-1左右，仍然難以滿足工業應用的需求。設計出芳烴時空產率超過1.0g·g_Fe^-1·h^-1的高效催化劑是這一新途徑的瓶頸。此外，另一個限制合成氣制芳烴工業化的主要因素是催化劑穩定性能差的問題。傳統的催化劑往往在30小時內就開始失活、芳烴的時空產率逐漸下降。

因而，設計出芳烴時空產率高且穩定性能良好的催化劑，是本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種催化劑，以解決或部分解決現有技術中合成氣制備芳烴所用催化劑時空產率低、且穩定性能差的技術問題。

第一方面，本發明提供了一種催化劑，所述催化劑包括作為蛋黃的過渡金屬納米顆粒以及作為蛋殼的分子篩。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的催化劑，所述過渡金屬包括Fe和/或Mn，所述分子篩為HZSM-5分子篩。

第二方面，本發明還提供了一種催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將過渡金屬鹽加入至水中，然后加入分子篩，攪拌得到混合物；

將混合物干燥后煅燒得到固化物；

將所述固化物加入至四丙基氫氧化銨水溶液中加熱，得到加熱后的產物；

將加熱后的產物干燥后煅燒即得催化劑。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的催化劑的制備方法，所述過渡金屬鹽包括氯化鐵和/或氯化錳；

和/或，所述分子篩為HZSM-5分子篩。

進一步優選的，所述的催化劑的制備方法，當所述過渡金屬鹽為氯化錳和氯化鐵時，所述氯化錳和所述氯化鐵的摩爾比為(0.01～3):1。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的催化劑的制備方法，將混合物干燥后煅燒得到固化物具體為：將混合物于50～120℃下干燥6～12h，然后于400～550℃煅燒2～6h得到固化物。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的催化劑的制備方法，將所述固化物加入至四丙基氫氧化銨水溶液中加熱，得到加熱后的產物，其中，加熱溫度為140～200℃、時間為12～72h。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述的催化劑的制備方法，將加熱后的產物干燥后煅燒即得催化劑具體包括：將加熱后的產物于50～120℃下干燥6～12h，然后于400～550℃煅燒2～6h即得催化劑。