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脱氢催化剂及其制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-04-28
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-10-26
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-11-06
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-04-28
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810400659.4 申请日 2018-04-28
公开/公告号 CN108579742B 公开/公告日 2020-11-06
授权日 2020-11-06 预估到期日 2038-04-28
申请年 2018年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 B01J23/60B01J23/89B01J23/835B01J23/83B01J37/02B01J37/08B01J37/16B01J37/18B01J37/34C07C5/333C07C11/06 主分类号 B01J23/60
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、KR 20120134191 A,2012.12.12CN 104107692 A,2014.10.22CN 105582925 A,2016.05.18CN 104525195 A,2015.04.22CN 103785385 A,2014.05.14CN 107537560 A,2018.01.05CN 103055857 A,2013.04.24CN 107597179 A,2018.01.19CN 105579141 A,2016.05.11Liu-Liu Long et al..The comparisonand optimization of zirconia, alumina,and zirconia-alumina supported PtSnIntrimetallic catalysts for propanedehydrogenation reaction《.Journal ofIndustrial and Engineering Chemistry》.2017,第51卷;
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 钦州学院 当前专利权人 钦州学院
发明人 王伟建、郑帅 第一发明人 王伟建
地址 广西壮族自治区钦州市钦南区滨海新城滨海大道12号 邮编 535011
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 广西壮族自治区 申请人所在市 广西壮族自治区钦州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京同辉知识产权代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
魏忠晖
摘要
本发明属于催化剂技术领域,公开一种脱氢催化剂及其制备方法:以经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物为载体,以Pt为主活性组分,以选自钾、镁、锡、镧、铈、铁、钴、镍中的一种或几种为助活性组分,以Pt纳米粒子溶胶作为浸渍液浸渍经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体,经过浸渍后的经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体再经过干燥、焙烧、还原得到所述脱氢催化剂,能显著减少Pt在高温下集聚,Pt在复合氧化物载体分布均匀,活性组分Pt具有极大比表面积,本发明脱氢催化剂应用于丙烷脱氢制丙烯反应中,在维持高丙烯选择性的同时,丙烷转化率显著提高,本发明催化剂的高温稳定性也显著提高。
  • 摘要附图
    脱氢催化剂及其制备方法
  • 说明书附图:[0186]
    脱氢催化剂及其制备方法
  • 说明书附图:[0188]
    脱氢催化剂及其制备方法
  • 说明书附图:[0189]
    脱氢催化剂及其制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-11-06 授权
2 2018-10-26 实质审查的生效 IPC(主分类): B01J 23/60 专利申请号: 201810400659.4 申请日: 2018.04.28
3 2018-09-28 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种丙烷脱氢制丙烯的方法,其特征在于,采用脱氢催化剂,催化剂由经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物为载体以及活性组分Pt和助剂Ce组成,所述脱氢催化剂的制备步骤如下:
(1)Pt纳米溶胶制备
取0.75g CTAB与0.31g六水硝酸铈,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min,称取一定量的0.15g NaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min,滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶;
(2)载体制备
在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀,将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液,将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃,将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末;
向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合
30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体;
(3)催化剂制备
将10g步骤(2)制得的载体迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清,移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次,120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min,得到催化剂。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及化工技术领域,本发明涉及一种脱氢催化剂及其制备方法,更进一步讲,涉及一种以Pt纳米粒子为活性组分、以经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物为载体的脱氢催化剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 丙烯是一种仅次于乙烯的重要基本有机化工原料,可用于合成聚丙烯、丙烯酸、丙烯醛和环氧丙烷等材料,还可用于生产塑料、有机玻璃和环氧树脂等产品。丙烯的主要来源分3种:石脑油蒸汽裂解、炼厂FCC副产和丙烷脱氢。前两种方法能耗高且须消耗不可再生石油资源。丙烷脱氢制丙烯可以利用较为丰富的丙烷资源,发展潜力巨大。
[0003] 在丙烷脱氢制丙烯工艺中,脱氢催化剂性能的优劣直接影响丙烯收率及生产成本。催化剂性能主要体现在活性、选择性、稳定性3方面。
[0004] CN201510346158.9公开了一种以介孔分子筛为载体的丙烷脱氢催化剂。该催化剂活性组分为VIII族金属,如Pt,助剂包括IIB族金属以及碱土和/或稀土金属。该催化剂用于丙烷脱氢时,具有良好的转化率、选择性及稳定性。
[0005] CN201510696918.9公开了一种以多壁碳纳米管为载体丙烷脱氢催化剂,活性组分Pt,助剂P。当应用于丙烷脱氢反应时,具有较高的反应稳定性和丙烯选择性。
[0006] CN201611104718.0公开了一种以大孔氧化铝为载体,Pt为活性组分,Na为第一助剂,K、Sn、Ca为第二助剂。该催化剂用于丙烷脱氢时,使用寿命长,可再生性能良好。
[0007] 尽管如此,因上述催化剂制备方法均为传统浸渍法,该法制得的催化剂活性组分分散不均匀,且高温下容易发生Pt聚集。因此会对催化剂性能产生不利影响。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于解决现有技术的不足,本发明的目的是为克服采用传统浸渍法制备催化剂造成的Pt分散不佳及高温下Pt易聚集的缺点,提供一种新的活性、选择性及稳定性均得到改善的负载型纳米Pt催化剂及其制备方法,且在丙烷脱氢制丙烯工艺中的应用。
[0009] 一种脱氢催化剂,以经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物为载体,以Pt为主活性组分,以选自钾、镁、锡、镧、铈、铁、钴、镍中的一种或几种为助活性组分,在所述的载体中,二氧化锆与活性氧化铝的质量比为ZrO2:Al2O3=1:0.5-40,所述的锌在载体中的质量含量为0.1%-20%,所述的Pt在催化剂中的质量含量为0.01%-10%,所述的助活性组分在催化剂中的质量含量为0%-8%。
[0010] 本发明还提供一种所述的脱氢催化剂的制备方法,包括:以Pt纳米粒子溶胶作为浸渍液浸渍经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体。
[0011] 进一步地,还包括以下步骤:经过浸渍后的经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体再经过干燥、焙烧、还原得到所述脱氢催化剂。
[0012] 进一步地,所述Pt纳米粒子溶胶的制备包括:
[0013] a、向所需量的表面稳定剂和助活性组分化合物中加入去离子水溶解,制得含助活性组分的表面稳定剂水溶液;
[0014] a、取所需量的含Pt化合物与含助活性组分的表面稳定剂水溶液混合,室温下搅拌30-60min,制得混合溶液;
[0015] c、向所需量的还原剂中加入去离子水制得还原剂溶液;
[0016] d、在剧烈搅拌下将还原剂溶液滴加到混合溶液中,室温下继续搅拌4-6h,即制得含助活性组分的Pt纳米离子溶胶。
[0017] 进一步地,所述经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体的制备包括:
[0018] e、向所需量的活性氧化铝粉体中加入去离子水,搅拌混合均匀,再向其中加入所需量的含锆化合物与所需量的含锌化合物固体粉末或溶液,搅拌混合均匀,制成浆料1;
[0019] f、向浆料1中加入酸或碱,调节浆料的pH=1-10,制得固含量10-50wt%的浆料2;
[0020] g、将浆料2喷雾干燥成型,热风进口温度为160-560℃,排风出口温度为100-240℃,得到固体颗粒粉体;
[0021] h、将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉体在500-700℃下焙烧4-8h,可得经锌修饰的复合氧化物载体粉末;
[0022] i、向步骤h中所得的经锌修饰的复合氧化物载体粉末中加入所需量田菁粉与浓度质量分数为10-30wt%的硝酸,搅拌混合均匀后加入捏合机捏合30min,随后挤成2-3mm条状,干燥,500-700℃焙烧,制得所述经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体。
[0023] 进一步地,所述的脱氢催化剂的制备方法具体包括以下步骤:
[0024] j、以Pt纳米粒子溶胶作为浸渍液浸渍经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体,采用超声波震荡浸渍法浸渍2-6h,浸渍温度20-80℃,至上层溶液变澄清,得催化剂前驱体,
[0025] k、移除步骤j浸渍容器内的上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次,
[0026] l、将步骤k中得到的洗涤产物,在50-200℃的条件下干燥0.5-12h,
[0027] m、将步骤l中得到的干燥产物在300-750℃条件下焙烧0.5-10h,得到氧化催化剂,[0028] n、将步骤m中得到的氧化催化剂在80-600℃下,用还原性气体还原0.5-12h得脱氢催化剂。
[0029] 进一步地,步骤a中所述的表面稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮中至少一种。
[0030] 进一步地,步骤b中所述的含Pt化合物为氯铂酸,硝酸铂,氯化铂,醋酸铂,氯铂酸铵中一种或几种,助活性组分化合物为含钾、镁、锡、镧、铈、铁、钴、镍的硝酸盐、盐酸盐、草酸盐中的一种或几种。
[0031] 进一步地,步骤c中所述的还原剂为NaBH4。
[0032] 进一步地,步骤e中所述的含锆化合物为氧氯化锆或硝酸锆,含锌化合物为硝酸锌、氯化锌、草酸锌中的一种或几种。
[0033] 有益效果:
[0034] 与现有技术相比,本发明的脱氢催化剂以Pt纳米粒子溶胶作为浸渍液浸渍经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体,能显著减少Pt在高温下集聚,Pt在复合氧化物载体分布均匀,脱氢催化剂中,经过负载在经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体,活性组分Pt具有极大的相对比表面积,显著增加了催化剂活性物质与反应物料的接触机会,且本催化剂载体具有较大的比表面积,所制得的催化剂活性与稳定性都显著提高,本发明纳米脱氢催化剂应用于丙烷脱氢制丙烯反应中,在维持高丙烯选择性的同时,丙烷转化率显著提高,并且本发明催化剂的高温稳定性也显著提高。

实施方案

[0035] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当注意的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明本发明,并不用于限制本发明。
[0036] 本发明提供了一种脱氢催化剂,以经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物为载体,以Pt为主活性组分,以选自钾、镁、锡、镧、铈、铁、钴、镍中的一种或几种为助活性组分,在所述的载体中,二氧化锆与活性氧化铝的质量比为ZrO2:Al2O3=1:0.5-40,所述的锌在载体中的质量含量为0.1%-20%,所述的Pt在催化剂中的质量含量为0.01%-10%,所述的助活性组分在催化剂中的质量含量为0%-8%。
[0037] 作为本发明的一个优选的实施方式,所述脱氢催化剂的组成为载体中二氧化锆和活性氧化铝的质量比为ZrO2:Al2O3=1:1-30;所述锌在载体中的质量含量为1%-15%;所述Pt在催化剂中的质量含量为0.1%-5.0%;所述的助活性组分在催化剂中的质量含量为0.1%-7%。
[0038] 作为本发明的另一个更优选的实施方式,所述Pt催化剂的组成为载体中二氧化锆与氧化铝的质量比为ZrO2:Al2O3=1:1-10;所述的锌在该载体中的质量含量为1%-10%;所述的Pt在催化剂中的质量含量为0.2-1.8%;所述的助活性组分在催化剂中的质量含量为1%-5%,所述的助活性组分选自钾、钴、锡、铈中的一种或几种。
[0039] 本发明提供了一种脱氢催化剂的制备方法,包括:以Pt纳米粒子溶胶作为浸渍液浸渍经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体。
[0040] 进一步地,还包括以下步骤:经过浸渍后的经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体再经过干燥、焙烧、还原得到所述脱氢催化剂。
[0041] 作为本发明的优选方案,所述脱氢催化剂经下述制备过程步骤得到,所述的步骤包括:
[0042] (一)Pt纳米粒子溶胶制备
[0043] a、向所需量的表面稳定剂和助活性组分化合物中加入去离子水溶解,制得含助活性组分的表面稳定剂水溶液;
[0044] a、取所需量的含Pt化合物与含助活性组分的表面稳定剂水溶液混合,室温下搅拌30-60min,制得混合溶液;
[0045] c、向所需量的还原剂中加入去离子水制得还原剂溶液;
[0046] d、在剧烈搅拌下将还原剂溶液滴加到混合溶液中,滴加过程伴随大量气泡冒出,室温下继续搅拌4-6h,即制得含助活性组分的Pt纳米离子溶胶。
[0047] (二)载体制备
[0048] e、向所需量的活性氧化铝粉体中加入去离子水,搅拌混合均匀,再向其中加入所需量的含锆化合物与所需量的含锌化合物固体粉末或溶液,搅拌混合均匀,制成浆料1;
[0049] f、向浆料1中加入酸或碱,调节浆料的pH=1-10,优选的pH=3-7,制得固含量10-50wt%的浆料2;
[0050] g、将浆料2喷雾干燥成型,热风进口温度为160-560℃,排风出口温度为100-240℃,得到固体颗粒粉体;
[0051] h、将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉体在500-700℃下焙烧4-8h,可得经锌修饰的复合氧化物载体粉末;
[0052] i、向步骤h中所得的经锌修饰的复合氧化物载体粉末中加入所需量田菁粉与浓度质量分数为10-30wt%的硝酸,搅拌混合均匀后加入捏合机捏合30min,随后挤成2-3mm条状,干燥,500-700℃焙烧,制得所述经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体。
[0053] (三)催化剂制备
[0054] j、将经锌修饰的二氧化锆与活性氧化铝组成的复合氧化物载体迅速加入到步骤d制得的含助活性组分的Pt纳米离子溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍2-6h,浸渍温度20-80℃,至上层溶液变澄清,得催化剂前驱体;
[0055] k、移除步骤j浸渍容器内的上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次;
[0056] l、将步骤k中得到的洗涤产物,在50-200℃的条件下干燥0.5-12h;
[0057] m、将步骤l中得到的干燥产物在300-750℃条件下焙烧0.5-10h,得到氧化态催化剂;
[0058] n、将步骤m中得到的氧化态催化剂在80-600℃下,用还原性气体还原0.5-12h得脱氢催化剂。
[0059] 作为本发明的优选方案,步骤a中所述的表面稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵(CATB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP);
[0060] 作为本发明的优选方案,步骤b中所述的含Pt化合物为氯铂酸,硝酸铂,氯化铂,醋酸铂,氯铂酸铵;助活性组分化合物指含钾、镁、锡、镧、铈、铁、钴、镍的硝酸盐、盐酸盐、草酸盐;
[0061] 作为本发明的优选方案,步骤c中所述的还原剂为NaBH4;
[0062] 作为本发明的优选方案,步骤e中所述的含锆化合物为氧氯化锆或硝酸锆;含锌化合物为硝酸锌、氯化锌、草酸锌;
[0063] 作为本发明的优选方案,步骤n中所述的还原性气体为氢气、一氧化碳或含有二者之一的混合气。
[0064] 本发明还进一步提供了上述催化剂在丙烷脱氢制丙烯过程中的应用;该应用是在固定床微分反应器中,在还原温度400-600℃,还原时间3-6h;所述还原过程可以在纯氢气-1氛中进行,也可在纯氢与惰气混合气氛中进行。反应空速为1000-2000h ,丙烷/氢气进料比
1:1-1:5,脱氢反应温度为500-650℃。
[0065] 以下通过实施例对本发明进行详细描述,但本发明的保护范围并不因此受到限制。
[0066] 实施例中,所用到的CATB、H2PtCl6.6H2O、NaBH4、GaCl3、KNO3、Mg(NO3)2、SnCl2、Ce(NO3)3.6H2O均为国药试剂,分析纯。硝酸厂商为北京化工厂,分析纯。硅溶胶厂商为青岛海洋化工有限公司,40wt%。田菁粉厂商为中西远大,总糖含量85.9%。
[0067] 拟薄水铝石粉末为SB粉(德国Condea公司进口),相关数据如下:
[0068] SB粉物理性质
[0069]堆密度 g/L 680-800
比表面积 m2/g 230min
孔体积 mL/g 0.5min
[0070] SB粉粒径分布
[0071] <25μm % 40.0max<45μm % 55.0max
>90μm % 18.0max
[0072] 实施例1
[0073] (1)Pt纳米溶胶制备
[0074] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB),用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0075] (2)载体制备
[0076] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0077] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0078] (3)催化剂制备
[0079] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C1。
[0080] 实施例2
[0081] (1)Pt纳米溶胶制备
[0082] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB),用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0083] (2)载体制备
[0084] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的2mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0085] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0086] (3)催化剂制备
[0087] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C2。
[0088] 实施例3
[0089] (1)Pt纳米溶胶制备
[0090] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB),用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0091] (2)载体制备
[0092] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的3mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0093] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0094] (3)催化剂制备
[0095] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C3。
[0096] 实施例4
[0097] (1)Pt纳米溶胶制备
[0098] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB),用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(4.0mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0099] (2)载体制备
[0100] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0101] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0102] (3)催化剂制备
[0103] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C4。
[0104] 实施例5
[0105] (1)Pt纳米溶胶制备
[0106] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB)与0.259g硝酸钾,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0107] (2)载体制备
[0108] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0109] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0110] (3)催化剂制备
[0111] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C5。
[0112] 实施例6
[0113] (1)Pt纳米溶胶制备
[0114] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB)与0.493g六水硝酸亚钴,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0115] (2)载体制备
[0116] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0117] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0118] (3)催化剂制备
[0119] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C6。
[0120] 实施例7
[0121] (1)Pt纳米溶胶制备
[0122] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB)与0.160g氯化亚锡,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0123] (2)载体制备
[0124] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0125] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0126] (3)催化剂制备
[0127] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C7。
[0128] 实施例8
[0129] (一)(1)Pt纳米溶胶制备
[0130] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB)与0.31g六水硝酸铈,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0131] (2)载体制备
[0132] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0133] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0134] (3)催化剂制备
[0135] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C8。
[0136] 实施例9
[0137] (1)Pt纳米溶胶制备
[0138] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB)、0.259g硝酸钾、0.493g六水硝酸亚钴,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0139] (2)载体制备
[0140] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0141] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0142] (3)催化剂制备
[0143] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C9。
[0144] 实施例10
[0145] (1)Pt纳米溶胶制备
[0146] 取0.75g十六烷基三甲基溴化铵(CATB)、0.493g六水硝酸亚钴、0.160g氯化亚锡,用50.0mL去离子水溶解,然后用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液加入到上述CATB溶液中,室温下搅拌30-40min。称取一定量的0.15gNaBH4溶于10mL去离子水制得NaBH4溶液,在剧烈搅拌下将NaBH4溶液滴加到H2PtCl6和CATB的混合溶液中,滴加速度60滴/min(约3ml/min),滴加过程伴随大量气泡冒,室温下继续搅拌5h,可得Pt纳米溶胶。
[0147] (2)载体制备
[0148] 在搅拌釜中加入3kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾干燥后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得复合氧化物载体粉末。
[0149] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉,75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0150] (3)催化剂制备
[0151] 将10g步骤(2)制得的载体(条形2mm)迅速加入到Pt纳米溶胶中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到催化剂C10。
[0152] 对比例1
[0153] (1)浸渍液制备
[0154] 用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液,用去离子水稀释至10ml[0155] (2)Al2O3载体制备
[0156] 向200g拟薄水铝石粉末在600℃焙烧4h,得Al2O3载体。取100g粉末载体,向其中加入5g田菁粉(助挤剂),75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤条2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体.
[0157] (3)催化剂制备
[0158] 将10g制得的Z1载体(条形2mm)迅速加入到H2PtCl6浸渍液中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到普通负载型Pt/Al2O3催化剂D1。
[0159] 对比例2
[0160] (1)浸渍液制备
[0161] 用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液,用去离子水稀释至10ml[0162] (2)载体制备
[0163] 在搅拌釜中加入5kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。将喷雾搞糟后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得ZrO2:Al2O3复合氧化物载体。
[0164] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉(助挤剂),75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0165] (3)催化剂制备
[0166] 将10g制得的载体(条形2mm)迅速加入到H2PtCl6浸渍液中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到普通负载型Pt/Al2O3催化剂D2。
[0167] 对比例3
[0168] (1)浸渍液制备
[0169] 用移液枪移取一定量(2.5mL0.10mol/L)的H2PtCl6溶液,用去离子水稀释至10ml[0170] (2)载体制备
[0171] 在搅拌釜中加入5kg去离子水,开启搅拌后加入300g拟薄水铝石粉末,搅拌均匀后,加入氧氯化锆,使锆铝质量比ZrO2:Al2O3=1:4,继续搅拌混合均匀。将预先配置好的1mol/L的硝酸锌溶液0.3L,加入到上述浆液中,搅拌混合均匀,得混合浆液。将混合浆液用喷雾干燥设备干燥成型,喷雾干燥操作条件为热风进口温度250℃,排风出口温度为150℃。
将喷雾搞糟后得到的固体颗粒粉末在600℃焙烧4h,得ZrO2:Al2O3复合氧化物载体。
[0172] 向100g粉末载体中加入5g田菁粉(助挤剂),75mL浓度为20wt%HNO3溶液,将其加入捏合机中捏合30min,随后挤成2mm条状,干燥后,600℃焙烧4h得到条形载体。
[0173] (3)催化剂制备
[0174] 将10g制得的载体(条形2mm)迅速加入到H2PtCl6浸渍液中,采用超声波震荡浸渍法浸渍5h,至上层溶液变澄清。移除上层清液,然后对底部催化剂前驱体进行真空抽滤,随后分别用去离子水和乙醇各洗涤2次。120℃干燥过夜,550℃焙烧2h,焙烧升温度率5℃/min。得到普通负载型Pt/Al2O3催化剂D2。
[0175] 实施例1-10及对比例1-3所制备的催化剂和对比催化剂的各组分质量组成件表1[0176] 实施例11
[0177] 本实施例说明本发明提供的丙烷脱氢方法。
[0178] 将实施例1-10制备的催化剂C1–C10用于丙烷脱氢实验。实验结果见表2。作为对比,将对比例1-3制备的对比催化剂D1-D3也进行丙烷脱氢实验评价,实验结果同列于表2中。
[0179] 本实施例中,丙烷脱氢催化剂评价装置为固定床微型反应装置,原料及产物均为在线分析,分析仪器为SP-2100气相色谱。固定床反应器内径10mm,恒温区10cm。
[0180] 本实施例中,催化剂评价条件如下:催化剂用量4.0g反应压力常压反应温度600-630℃氢气流量80ml/min,丙烷流量50ml/min,催化剂还原温度500℃,还原时间4h,空速-1
2300h 取样开始时间5min;
[0181] 本实施例中,产物分析及计算方法如下:
[0182] 丙烷脱氢反应后产物主要有丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷及微量C4以上组分,脱氢反应中各产物的色谱峰根据标准物在色谱中的停留时间不同而进行定性分析。反应产物的含量由气相色谱分析仪进行定量测量测定过程中,取样时间间隔为30min。本方法所用的色谱工作站采用面积归一法。
[0183] 根据色谱所得的各组分的量,分别计算丙烷转化率X和丙烯选择性S。
[0184] 表1
[0185]
[0186] 表2
[0187]
[0188]
[0189] 从表2数据可以看出,本发明样品C1—C10应用于丙烷脱氢反应时,初始丙烷转化率在35.2-45.3%之间,初始丙烯选择性在91.7%-96.2%之间。在8h内丙烷转化率与选择性分别稳定在31.8%与88.4%以上。特别是C8样品,初始丙烷转化率与丙烯选择性分在为41.8%与96.2%,8h内丙烷转化率与丙烯选择性分别稳定在37.9%与93.5%以上,均显著高于对比例D1-D3。说明本发明提供的负载型纳米Pt催化剂,以用锌修饰的ZrO2/Al2O3复合氧化物为载体,以纳米Pt粒子为主活性组分,以钾、钴、镁、铈中的一种或几种为助活性组分,当其应用于丙烷脱氢制丙烯时,在维持高丙烷转化率的同时,丙烯选择性显著提高,并且该催化剂的稳定性良好。
[0190] 以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
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