[發明專利]一種整體式改性泡沫納米碳基催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210296941.9
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN114618555B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 趙忠奎;魏曉靜;郭洪臣
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C07C5/333;C07C15/46
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤

本發明屬于催化技術領域，公開了一種整體式改性泡沫納米碳基催化劑及其制備方法和應用。其步驟如下：(1)將粘結劑加入溶劑中制得溶液A；(2)將納米碳粉末加入溶液A中，得到混合液B；(3)將助劑加入到混合液B中，得到混合液C；(4)以混合液C為漿料，填充到海綿中，干燥后，經惰性氣氛中加熱，即得到泡沫納米碳基整體式催化劑。本發明的制備中，原料豐富廉價，制備路線、設備和操作簡單，可控性強，所制備的催化劑，具有泡沫多孔結構、納米碳分散度高的特點，并具有高的抗脫落牢度和機械強度，利于大規模工業應用。所制得的催化劑所制備的整體式催化劑在乙苯直接脫氫制苯乙烯的反應中，展示優異催化性能，具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明屬于催化技術領域，涉及到一種整體式改性泡沫納米碳基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

納米碳材料，比如碳納米管、碳納米線、碳納米纖維、納米金剛石、洋蔥碳、富勒烯等，是近年來備受關注的無機非金屬材料。相對于金屬催化劑，納米碳催化劑具有原料廉價易得、制備工藝簡單、環境友好、無金屬殘留、抗腐蝕、導電導熱性強、表面化學性質獨特和可調性強等優勢(Chem.Rev.2013,113,5782-5816；Chem.Rev.2014,114,6179-6212；Chem.Soc.Rev.,2017,46,4501-4529；Chem.Soc.Rev.,2015,44,3295-3346；Acc.Chem.Soc.,2013,46,2275-2285；Chin.J.Catal.,2016,37,644-670；Chem.Soc.Rev.2018,47,8438-8473；Chem.Rev.2015,115,4744-4822；Science,2016,351,361-365)。然而，納米碳材料的粉體，難以在多相催化領域廣泛使用。這是因為，在多相催化領域，許多化工反應都在固定床反應器中進行，而用于固定床反應器的多相催化劑必須經過成型加工，從而使得催化劑具有適宜的顆粒形狀、顆粒尺寸、機械強度和孔隙率，以滿足固定床反應器的要求。已有的納米碳材料成型方法有三種：(1)采用傳統的擠出或壓片成型方法對納米炭進行成型加工。然而，這種成型方法通常需要使用熱固性酚醛樹脂作為粘合劑(參見Carbon 2006,44,809-812)。而使用熱固性酚醛樹脂粘合劑會大大降低納米碳材料表面活性位的可及性，從而嚴重影響納米碳材料的催化性能。因而，傳統的擠出或壓片成型方法在實用上還面臨著嚴峻挑戰；(2)利用材料自組裝過程使納米碳粉末成型。這種方法無需使用熱固性酚醛樹脂粘結劑，而且能把納米碳加工成不同尺寸的碳顆粒。但使用自組裝法加工成型的納米碳催化劑機械強度很差，重量太輕，不能滿足固定床反應器的需要(Chem.Soc.Rev.2020,49,509-553；Chem.Rev.2015,115,7046-7117；Chem.Soc.Rev.2013,42,794-830)；(3)將納米碳擔載在泡沫碳化硅或堇青石蜂窩陶瓷上制備納米碳負載型整體式催化劑(Chem.Commun.2014,50,7810-7812；Adv.Mater.2006,18,1589-1592；Appl.Catal.B 2017,200,343-350；ChemCatChem 2013,5,1713-1717；Chem.Commun.2015,51,14393-14396；Chem.Rev.2021,121,10559-10665)。目前，該方法面臨的問題是如何使納米碳與泡沫碳化硅或堇青石蜂窩陶瓷基質能夠牢固結合，從而克服納米碳從基質上脫落的問題。

很顯然，迄今為止納米碳材料和多相催化劑之間仍然存在一個鴻溝。一種簡單易行、安全環保、廉價的納米碳材料成型加工方法就是跨越這個鴻溝的橋梁。