[發明專利]一種復合金屬氧化物型氧化還原催化劑的合成及其在乙烷化學鏈氧化脫氫反應中的應用

在審

• 申請號: 202110432885.2
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113289611A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 何方;楊明;蔣仕燦;丁維笑;宋達;王敬薇;鄧豪
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J27/055;B01J27/25;B01J33/00;C07C5/48;C07C11/04
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1.一種用于乙烷化學鏈氧化脫氫制乙烯的催化劑，其特征在于所述催化劑是一種復合金屬氧化物型氧化還原催化劑又稱為載氧體，在反應器中為乙烷裂解產生的氫氣氧化提供氧素，反應后的催化劑經空氣氧化再生，實現了催化劑的循環使用，避免了純氧的使用，降低反應所需的能耗。

2.根據權利要求1所述的用于乙烷化學鏈氧化脫氫制烯烴的催化劑，其特征在于，所述催化劑是一種氧化還原催化劑又稱為載氧體，為乙烷氧化脫氫提供氧素,省卻了使用昂貴的空氣分離過程制備純氧，避免乙烷與氧氣共進料，使反應過程操作更加安全，烯烴選擇性更容易控制。

3.根據權利要求2所述的用于乙烷化學鏈氧化脫氫制烯烴的Ca基催化劑Ca2MnO4，對乙烷具有選擇性氧化作用，并且不易失活；而硝酸鈉和硫酸鈉的摻雜可促進催化劑對氫的氧化活性，抑制烴類深度氧化，提高乙烯選擇性，提高乙烯的產率。

4.根據權利要求3所述的用于乙烷化學鏈氧化脫氫制烯烴的Ca2MnO4催化劑，用促進劑硝酸鈉、硫酸鈉進行摻雜，研究摻雜效應機理，其Ca2MnO4制備步驟如下：

其Ca2MnO4制備步驟如下：

步驟一：Ca(NO)3·4H2O和Mn(NO)3以2：1的摩爾比溶解在25ml的去離子水中，在40℃的溫度下攪拌30min；

步驟二:在步驟一的水溶液中加入檸檬酸按照檸檬酸和金屬離子摩爾比為2.5：1加入溶液中，60℃下水浴鍋中持續攪拌30min；

步驟三：加入乙二醇和檸檬酸摩爾比為1.5:1的乙二醇，溫度升至80℃攪拌至形成凝膠；

步驟四：步驟三形成的凝膠倒入坩堝，120℃下烘箱中干燥12h；

步驟五：將步驟四烘干的物質，放入馬弗爐，450℃煅燒3h除去硝酸鹽；在1000℃的條件下，恒溫煅燒12h形成Ca₂MnO₄，降溫研磨成所需要的尺寸；

摻雜不同比例硝酸鈉的Ca₂MnO₄制備步驟如下：

步驟一：將硝酸鈣、硝酸錳按照摩爾比2：1稱取，硝酸鈉的摻雜量按照硝酸鈉中鈉的量占最終催化劑質量的3％、5％、10％、20％加入，一起溶解于去離子水中，總硝酸鹽濃度為1mol/L.

步驟二:在步驟一的水溶液中加入檸檬酸，水浴鍋中攪拌30min；

步驟三：在步驟二的水溶液中加入乙二醇作為溶劑，80℃下水浴攪拌至凝膠狀態；

步驟四：步驟三形成的溶膠倒入坩堝，120℃下烘箱中干燥12h；

步驟五：將步驟四烘干的物質，放入馬弗爐，450℃煅燒3h；研磨后，在1000℃的條件下，煅燒12h，降溫研磨成所需要的尺寸；

摻雜硫酸鈉的Ca₂MnO₄制備與摻雜硝酸鈉的Ca₂MnO₄制備方法一致。

5.根據權利要求4所述的用于乙烷化學鏈氧化脫氫制烯烴的催化劑，其特征在于，其中負載硝酸鈉的錳酸鈣，硝酸鈉摻雜量按照鈉在催化劑中的質量含量為3％、5％、10％、20％摻雜；其中負載硫酸鈉的錳酸鈣，硫酸鈉的摻雜量按照鈉在催化劑中的質量含量為3％、5％、10％、15％、20％摻雜。

6.根據權利要求4和5所述的用于乙烷化學鏈氧化脫氫制烯烴的催化劑，其特征在于制備中檸檬酸按照檸檬酸、金屬離子摩爾比2.5：1加入；乙二醇按照乙二醇、檸檬酸摩爾比1.5：1加入。