[發明專利]具有高分散Pt負載的氮化硼氣凝膠的制備方法及其協同等離子體催化甲烷選擇氧化的應用

在審

• 申請號: 202111084834.1
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113828341A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 趙震;解則安;李東;張霄;劉詩鑫;孔蓮;范曉強;王璐
• 申請（專利權）人: 沈陽師范大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/42;B01J13/00;B01J37/34;B01J37/03;C07C29/50;C07C31/04
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 陳暉

本發明公開了具有高分散Pt負載的氮化硼氣凝膠的制備方法及其協同等離子體催化甲烷選擇氧化的應用，其中所述制備方法包括：將Pt源、硼源及胺源溶解在醇水混合溶液中得到混合物，將所述混合物加熱攪拌溶解得到透明混合溶液，超聲處理所述透明混合溶液得到白色水凝膠，其中超聲處理過程中所述透明混合溶液冷卻至25℃，將所述白色水凝膠冷凍干燥，得到白色氣凝膠狀前驅體；本發明采用原位制備高分散Pt限域的超輕管狀或纖維狀的氮化硼氣凝膠基礎材料，以此作為催化劑協同低溫等離子體催化甲烷選擇氧化制甲醇，具有優異的甲醇收率和反應穩定性。

技術領域

本發明公開涉及新型材料高附加值應用和工業催化技術領域，尤其涉及具有高分散Pt負載的氮化硼氣凝膠的制備方法及其協同等離子體催化甲烷選擇氧化的應用。

背景技術

隨著天然氣、頁巖氣等全球探明儲量的不斷增加，其主要成分甲烷作為潔凈的化石能源的利用具有重要的經濟和研究價值。目前工業利用甲烷采用間接法，首先通過高溫蒸汽重整產生合成氣(CO和H₂)，再通過費托合成轉化為碳氫化合物，或者通過高壓反應生成甲醇；甲烷直接轉化的路徑目前正處于研究階段，其中包括液相/氣相選擇氧化甲烷制含氧化合物或甲烷無氧或有氧偶聯制烷(烯烴)烴。然而上述轉化的過程通常需要高溫、高壓或化學脈沖間歇式的反應條件，造成較高的設備投資或能源消耗。

采用簡單的設備連續高效的轉化甲烷為高附加值的液相產物，有利于偏遠地區甲烷資源的靈活利用和運輸。低溫等離子體協同催化劑轉化甲烷選擇氧化制甲醇具有所需設備簡單，常壓低溫反應條件即可激發解離甲烷C-H鍵等優點，是非常有潛力的工業化轉化甲烷的有效途徑。采用廉價易得的氧氣作為氧化劑氧化甲烷，控制反應選擇性的生成甲醇，抑制活潑的甲醇進一步氧化生成熱力學更穩定的CO和CO₂是該反應面臨的挑戰。因此，開發適用于等離子體催化的新型高選擇性催化劑體系是其中的關鍵。

經前期采用介質阻擋反應器(DBD)研究氧化甲烷制甲醇發現，相對于純等離子體催化，等離子體放電區域填充適宜的催化劑有利提高甲醇的選擇性。Indarto等(Utilization,and Environmental Effects,2008,30,1628-1636.)采用了一種銥穩定的二氧化鋯(YSZ)作為載體，負載Ni為活性組分，在等離子體與Ni/YSZ協同作用下，甲烷轉化率35％，甲醇選擇性最高達到23％。Chawhury等[Fuel Processing Technology,2018,179,32-41；Catalysis Today,2019.337,117-125]報道了一種Cu/γ-Al₂O₃催化劑，在介質阻擋反應器中，純等離子條件下甲醇選擇性為23％，加入Cu/γ-Al₂O₃催化劑后，甲醇選擇性提高至37％。最近，該課題組研究(Applied Catalysis B:Environmental 284(2021)119735)報道了Fe/γ-Al₂O₃催化劑可以達到最高的甲醇選擇性為36.0％，其產率為4.7％。Yi等(Applied Catalysis B:Environmental 296(2021)120384)采用鎳基催化劑協同等離子體催化甲烷選擇氧化，液相含氧化合物的選擇性可以達到81％，其中甲醇的選擇性和收率最高分別達50％和3.2％。

雖然上述適用于等離子體的甲烷選擇氧化催化劑研究取得了一定的進展，但其轉化率和選擇性還需進一步提升，且液相產物復雜為產物提純分離增加了成本。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種具有高分散Pt負載的氮化硼氣凝膠的制備方法及其協同等離子體催化甲烷選擇氧化的應用；以解決現有技術中催化劑的轉化率、選擇性等問題。