[發明專利]一種多孔載體負載金屬基納米顆粒催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202111148917.2
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113769745A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 王斌;郭昆;孟德海;郁志新
• 申請（專利權）人: 無錫碳谷科技有限公司
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J23/755;B01J23/83;B01J29/00;B01J23/44;B01J23/42;B01J35/02;B01J37/34;B01J37/16
• 代理公司: 蘇州禾潤科晟知識產權代理事務所(普通合伙) 32525
• 代理人: 趙傳海

本發明公開了一種多孔載體負載金屬基納米顆粒催化劑的制備方法，包括如下步驟：S1:稱量一定質量的二氧化硅多孔載體，根據載體的比孔體積，估算多孔載體中能容納的液體體積；S2:根據步驟S1中的體積量取等量的超純水，并加入2％的異丙醇，按載量配置特定濃度得金屬前驅體溶液；S3:溶液浸入多孔載體后，暴露于高能輻射中制備金屬納米顆粒。本發明，利用高能輻射實現一步式制備多孔載體負載金屬基納米顆粒催化劑。其高光子能量誘發水的輻射分解產生還原性成分，并取代還原性氣體實現金屬離子的還原，其高穿透性則可確保載體內部金屬離子的完全還原。該制備過程可在室溫條件下進行，有效降低了整個過程中的能耗，進而降低了生產成本。

技術領域

本發明涉及負載型工業催化劑技術領域，尤其涉及一種多孔載體負載金屬基納米顆粒催化劑的制備方法。

背景技術

催化在人類文明進步與世界經濟發展中扮演著至關重要的角色。它能夠實現以一種高效，綠色且經濟的方式將原材料轉變為具有高附加值的化工產品和燃料等，已被廣泛應用于能源，化工，食品，醫藥，電子等多個領域。世界上90％以上的化學過程都離不開催化，尤其是異相催化。

在工業催化中，反應物和產物大多以氣相或液相的物質形態參與反應，而催化劑則以與之不同的固態形式存在。反應分子在催化劑表面的活性位點發生吸附、活化、轉移和轉化等步驟，生成中間產物和最終產物，并從活性位點脫附和分離。為了促進反應動力學，催化反應多采用高溫高壓等熱力學條件，但這不可避免地引起了材料燒結和活性位點的喪失。因此，將含活性位點的金屬納米顆粒均勻分散并錨定在熱穩定且具有高比表面積的多孔載體材料表面，來構建負載型固體催化劑已被廣泛應用于工業生產中。

雖然制備負載金屬納米催化劑的方法被廣泛報導，如膠體法、溶膠凝膠法、微乳液法等，實驗室規模的制備卻難以實現工業規模的批量生產。當前，最常見的負載型固體催化劑的規模化制備方法是化學浸漬法。該方法將多孔載體浸入溶有金屬前驅體的溶液中，在毛細作用下，溶液進入載體的孔道中或吸附于載體的表面。經高溫焙燒后，金屬前驅體轉化成金屬氧化物，并以納米顆粒的形式存在于載體的孔隙和表面。在后續催化反應中，催化劑需要先在還原性氣氛中被還原成金屬態的納米粒子。依賴于毛細作用，前驅體溶液進入載體孔道腔體中，并熱分解為金屬氧化物納米顆粒。在第二步的還原中，還原性氣體分子需到達孔道深處來還原金屬氧化物。然而在實際中較難實現氧化物的完全還原，從而損失了部分活性金屬顆粒；同時，第二步的氣體還原也帶來了額外的能量輸入，增加了生產成本。

為了解決上述問題，本發明提出了一種多孔載體負載金屬基納米顆粒催化劑的制備方法。

發明內容

本發明提出的一種多孔載體負載金屬基納米顆粒催化劑的制備方法，包括如下步驟：

S1:稱量一定質量的二氧化硅多孔載體，根據載體的比孔體積，估算多孔載體中能容納的液體體積；

S2:根據步驟S1中的體積量取等量的超純水，并加入2％的異丙醇；

S3:根據步驟S1中的載體質量和預制備的金屬/載體配比稱量所需的金屬前驅體鹽，并將之溶解于步驟S2獲得的超純水中；

S4:將步驟S3獲得的金屬前驅體溶液逐滴加入多孔載體；

S5:在高純氬氣或氮氣等惰性氣體保護下，將步驟S4中的多孔載體裝入玻璃試劑瓶中，并暴露于高能γ射線中一段時間后取出；

S6:將步驟S5獲得的體系從輻射源取出后，加入乙醇和超純水的混合溶液，利用機械離心機分離載體粉末；

S7:將步驟S6得到的體系按步驟S6重復一定次數；

S8:將步驟S7獲得的粉末顆粒在低真空度環境中40-80℃的低溫下烘干形成干燥粉末。

優選地，將步驟S1中的二氧化硅多孔載體替換為三氧化二鋁、二氧化鈰、沸石、多孔碳等常見載體材料。