一种负载型金属介孔分子筛贵金属催化剂及其制备方法_2

文档序号:8535047阅读:来源:国知局
催化反应中的高活性反应位点,可以大大提高催化剂的活性和选择性,从而只需较低的金属负载量即可达到很高的催化效果。该方法合成的不同铂含量的高分散负载型介孔分子筛催化剂Pt/MCM-41,具有很强的潜在应用价值。
[0007]一方面,本发明提供一种负载型介孔分子筛贵金属催化剂,首先以长链表面活性剂分子和金属配合物形成的络合物为模板剂,加入硅源后通过水热晶化法制备掺杂金属铂的分子筛Pt-MCM-41,此过程将金属均匀固定于分子筛骨架晶格中,然后将晶化后的样品洗涤干燥并直接在氢气中还原为金属单质,最后经低温后处理除去残余表面活性剂即得到所需样品。
[0008]在本发明的一个优选实施方式中,所述的金属选自铂,金属铂纳米颗粒在介孔分子筛MCM-41中高度有序分散,颗粒间距几乎相等或者约为两相邻颗粒最短距离的整数倍,其分布呈现出一定的点阵规律,同时金属铂颗粒大小均匀,与分子筛孔道大小相近,约为
2-3nm。
[0009]在本发明的一个优选实施方式中,所述的介孔分子筛中金属铂的含量为0.l_2wt %,优选为 0.1-1wt % ο
[0010]另一方面,本发明还提供一种负载型介孔分子筛贵金属催化剂的制备方法,包括如下两个步骤:
(1)将一定量的表面活性剂完全溶解,随后逐滴加入配置好的含铂配合物的水溶液,搅拌形成均匀溶胶体系,然后加入ImL质量分数为10%的稀盐酸继续搅拌,随后缓慢滴入硅源,待均匀水解2h后再加入无机碱调节体系的pH值为10-11,各组分的摩尔比为金属铂:娃源:表面活性剂:无机碱:水=0.0003-0.003:1: 0.1-0.2: 3.0-4.2: 142-150,反应在室温下进行,混合均匀后持续搅拌5小时以上,转移入反应罐中,在100-130 °C条件下晶化 24-96h ;
(2)晶化后的产物经抽滤、洗涤、烘干得到白色粉末状样品,先将干燥后的样品置于氢气氛围中恒温还原,最后在低温下焙烧除去残余模板剂得到负载型金属介孔分子筛催化剂成品。
[0011]在本发明的一个优选实施方式中,所述的表面活性剂所用的阳离子成分为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵等中的一种或几种;所述的含铂配合物为可溶性氯铂酸盐或氯铂酸,所述的硅源为正硅酸乙酯,气相二氧化硅,水玻璃,白炭黑中的一种或几种;所述的无机碱为氨水,碱金属或碱土金属氢氧化物;所述的反应罐为聚四氟乙烯内衬的反应罐。
[0012]在本发明的一个优选实施方式中,所述的烘干过程是在100-130 °C下烘干12-24小时;所述的水热晶化过程是在100-130°C下水热晶化24-96小时;所述的抽滤、洗涤过程是指在抽滤的同时加入去离子水洗涤滤饼,至滤液的PH为6-8 ;所述的还原过程是将未除去模板剂的样品在5-10 °C/min的条件下程序升温至350-500 °C,恒温1_2小时,用氢气还原;所述的焙烧过程是在0.5-1.5 V /min的条件下程序升温至300-450 V,保温3_5小时。
[0013]本发明还涉及上述负载型介孔分子筛贵金属催化剂在催化氧化、催化裂化、催化异构化的中应用。
[0014]本发明的负载型金属介孔分子筛催化剂用于催化甲苯完全氧化的反应,具体包括如下步骤:将上述负载型金属介孔分子筛成品置于固定床反应管中,升温之后泵入甲苯使之气化,随后继续程序升温并通入氧气使之反应,所得的产物冷凝收集,所述的程序升温过程是指泵入甲苯之前固定床温度升至120-300°C。
[0015]本发明相比现有技术具有如下的优点和效果,本发明通过以长链表面活性剂分子和金属配合物形成的络合物为模板剂,先通过水热晶化将金属固定在分子筛骨架中,然后在氢气氛围中将金属从固定的位置还原出来,在这些贵金属单质的催化作用下只需较低的温度即可焙烧除去模板剂,并且贵金属单质稳定性高,较低温下焙烧不会被氧化,同时所得的催化剂能够避免金属颗粒的聚集,并且金属粒子大小均一、分散均匀且呈现一定的点阵规律性。在较高的比表面积的优势的前提下,合成具有不同金属含量的负载型介孔分子筛,多活性位和金属的高度有序分散将会使其成为催化裂化、催化氧化、异构化等方面性能优良的催化材料。
【附图说明】
[0016]图1.是实施例1样品的HRTEM图;
图2.是实施例1样品的XPS图;
图3是实施例1、2、3、4样品的小角XRD图;
图4.是实施例6催化甲苯完全氧化的对比效果图。
【具体实施方式】
[0017]下面通过实施例对本发明的内容作进一步的详细说明,但并不因此而限制本发明。
[0018]本发明中合成分子筛所用模板剂以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为例,杂原子源以氯铂酸钾为例,所用的硅源以正硅酸乙酯为例,所用的无机碱以浓氨水为例;所用的水均为去离子水;所用的试剂均采用分析纯试剂;所得成品的高倍透射显微镜测试是使用JEM-2100进行的,加速电压为200 KV,所得成品中金属的含量是由高倍透射电镜附加的X射线能谱仪测定,所得成品的X射线光电子能谱测试采用ESCALAB250仪器进行,所得成品的小角X射线衍射分析测试采用ntima III仪器进行。
[0019]实施例1: 称取2.34g十六烷基三甲基溴化铵加入100 ml去离子水中,搅拌使其溶解。称取0.0707g的氯铂酸钾溶于加热的去离子水中,待澄清后将其逐滴加入透明的十六烷基三甲基溴化铵溶液中,搅拌形成稳定的溶胶体系,然后加入ImL质量分数为10%的稀盐酸继续搅拌lh,随后逐滴加入1mL正娃酸乙酯,继续搅拌待均匀水解2h后用25%的浓氨水调pH为10-11,此时除金属外各组分的摩尔比为I TEOS: 0.144 CTAB: 4.0NH3: 149.5 H2O,接着连续搅拌6 h后转移入聚四氟乙烯内衬的反应罐中,在110 °C条件下晶化2天。晶化结束后,冷却至室温,抽滤,洗涤至滤液pH为7,110 °C干燥12 ho称取0.1-0.3g干燥后的样品平铺于石英管底部,置于管式加热炉中,通入氢气并以5 V ^mirT1的速率程序升温至400°C,保温2 h,还原后得到的样品于马弗炉中以I O^mirT1的速率程序升温至400 °C,保温5h,所得样品记为1.0%Pt/MCM-41,用X射线能谱仪测定分子筛中Pt含量为1.06 wt%,其高倍透射电镜图见图1,X射线光电子能谱图见图2,X射线粉末衍射图见图3。
[0020]实施例2:
称取2.34g十六烷基三甲基溴化铵加入100 ml去离子水中,搅拌使其溶解。称取0.0348g的氯铂酸钾溶于加热的去离子水中,待澄清后将其逐滴加入透明的十六烷基三甲基溴化铵溶液中,搅拌形成稳定的溶胶体系,然后加入ImL质量分数为10%的稀盐酸继续搅拌lh,随后逐滴加入1mL正娃酸乙酯,继续搅拌待均匀水解2h后用25%的浓氨水调pH为10-11,此时除金属外各组分的摩尔比为I TEOS: 0.144 CTAB: 4.0NH3: 149.5 H2O,接着连续搅拌6 h后转移入聚四氟乙烯内衬的反应罐中,在110 °C条件下晶化2天。晶化结束后,冷却至室温,抽滤,洗涤至滤液pH为7,110 °C干燥12 ho称取0.1-0.3g干燥后的样品平铺于石英管底部,置于管式加热炉中,通入氢气并以5 V ^mirT1的速率程序升温至400°C,保温2 h,还原后得到的样品于马弗炉中以I O^mirT1的速率程序升温至400 °C,保温5h,所得样品记为0.5%Pt/MCM-41,用X射线能谱仪测定分子筛中Pt含量为0.48 wt%,其X射线粉末衍射图见图3。
[0021]实施例3:
称取2.34g十六烷基三甲基溴化铵加入100 ml去离子水中,搅拌使其溶解。称取0.0202g的氯铂酸钾溶于加热的去离子水中,待澄清后将其逐滴加入透明的十六烷基三甲基溴化铵溶液中,搅拌形成稳定的溶胶体系,然后加入ImL质量分数为10%的稀盐酸继续搅拌lh,随后逐滴加入1mL正娃酸乙酯,继续搅拌待均匀水解2h后用25%的浓氨水调pH为10-11,此时除金属外各组分的摩尔比为I TEOS: 0.144 CTAB: 4.0NH3: 149.5 H2O,接着连续搅拌
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