The invention discloses a metal containing atoms of carbon nano materials and the preparation method and the application of metal element N O element, the carbon nano materials containing 1-15 wt.% 0.2-2% and 0.2-15%, the ratio of the ratio of O content determined by XPS 529.5-530.8eV at the peak and by XPS the O element is O 0.02-0.2 the total elements by the peak at 531.0-532.5eV to determine the amount of 532.6-533.5eV and determined by the peak at the O element the quantity is 0.4-2.5, the ratio of N element is determined by the 398.5-400.1eV of the peak at the amount determined by XPS N and the amount of the element is 0.5-1. The invention also provides a hydrocarbon dehydrogenation reaction method using the metal atom nano carbon material as a catalyst, which can obtain higher material conversion rate and product selectivity.
【技术实现步骤摘要】
一种含金属原子纳米碳材料及其制备方法和应用以及一种烃脱氢反应方法
本专利技术涉及一种含金属原子纳米碳材料,本专利技术还涉及一种含金属原子纳米碳材料的制备方法以及由该方法制备的含金属原子纳米碳材料,本专利技术又涉及一种通过将上述含金属原子纳米碳材料进行焙烧而制备的含金属原子纳米碳材料,本专利技术进一步涉及根据本专利技术的含金属原子纳米碳材料作为烃脱氢反应的催化剂的应用、以及一种烃脱氢反应方法。
技术介绍
烃类物质的脱氢反应是一类重要的反应类型,例如大部分低碳链烯烃是通过低碳链烷烃的脱氢反应而获得的。脱氢反应根据氧气是否参与可以划分为直接脱氢反应(即,氧气不参与)和氧化脱氢反应(即,氧气参与)两类。多种类型的纳米碳材料已被证明对烃类物质的直接脱氢反应和氧化脱氢反应均具有催化效果,在纳米碳材料中引入氧原子和/或氮原子则可以改善其催化活性。在纳米碳材料中引入氧原子,可以在纳米碳材料表面形成羟基、羰基、羧基、酯基和酸酐等含氧官能团。可以通过对纳米碳材料进行氧化处理实现在纳米碳材料中引入氧原子,从而增加纳米碳材料中含氧官能团的含量。例如,可以将纳米碳材料在强酸(如HNO3、H2SO4)和/或强氧化性溶液(如H2O2、KMnO4)中进行回流反应,在回流反应的同时还可以辅助进行微波加热或超声振荡,以增强氧化反应的效果。但是,在强酸和/或强氧化性溶液中进行回流反应可能会对纳米碳材料的骨架结构产生不利影响,甚至破坏纳米碳材料的骨架结构。例如:将纳米碳材料在硝酸中进行回流反应,虽然可以在纳米碳材料表面引入大量含氧官能团,但是极易造成纳米碳材料被切断和/或明显增加石墨网络结构中的 ...
【技术保护点】
一种含金属原子纳米碳材料,该含金属原子纳米碳材料含有C元素、O元素、N元素和至少一种金属元素,以该含金属原子纳米碳材料的总量为基准并以元素计,O元素的含量为1‑15重量%,N元素的含量为0.2‑2重量%,所述金属元素的总量为0.2‑15重量%,C元素的含量为68‑98.6重量%,该含金属原子纳米碳材料中,由X射线光电子能谱确定的氧元素的总含量为I
【技术特征摘要】
1.一种含金属原子纳米碳材料,该含金属原子纳米碳材料含有C元素、O元素、N元素和至少一种金属元素,以该含金属原子纳米碳材料的总量为基准并以元素计,O元素的含量为1-15重量%,N元素的含量为0.2-2重量%,所述金属元素的总量为0.2-15重量%,C元素的含量为68-98.6重量%,该含金属原子纳米碳材料中,由X射线光电子能谱确定的氧元素的总含量为IOt,由X射线光电子能谱中529.5-530.8eV范围内的峰确定的O元素的含量为IOm,IOm/IOt在0.02-0.2的范围内;该含金属原子纳米碳材料中,由X射线光电子能谱中531.0-532.5eV范围内的峰确定的O元素的量为IOc,由X射线光电子能谱中532.6-533.5eV范围内的峰确定的O元素的量为IOe,IOc/IOe在0.4-2.5的范围内;该含金属原子纳米碳材料中,由X射线光电子能谱确定该含金属原子纳米碳材料中的N元素的总量为INt,由X射线光电子能谱中398.5-400.1eV范围内的峰确定的N元素的量为INc,INc/INt在0.5-1的范围内。2.根据权利要求1所述的含金属原子纳米碳材料,其中,IOm/IOt在0.04-0.15的范围内,优选在0.06-0.1的范围内;IOc/IOe在1-2的范围内;INc/INt在0.6-0.95的范围内,优选在0.7-0.92的范围内。3.根据权利要求1或2所述的含金属原子纳米碳材料,其中,该含金属原子纳米碳材料中,由X射线光电子能谱中288.6-288.8eV范围内的峰确定的C元素的量为ICc,由X射线光电子能谱中286.0-286.2eV范围内的峰确定的C元素的量为ICe,ICc/ICe在0.5-5的范围内,优选在0.6-3.5的范围内,更优选在0.7-2的范围内。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的含金属原子纳米碳材料,其中,以该含金属原子纳米碳材料中由X射线光电子能谱确定的C元素的总量为基准,由X射线光电子能谱中284.7-284.9eV范围内的峰确定的C元素的含量为60-95重量%,优选为70-94重量%,更优选为80-92重量%,由X射线光电子能谱中286.0-288.8eV范围内的峰确定的C元素的含量为5-40重量%,优选为6-30重量%,更优选为8-20重量%。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的含金属原子纳米碳材料,其中,由X射线光电子能谱确定该含金属原子纳米碳材料中的N元素的总量为INt,由X射线光电子能谱中400.6-401.5eV范围内的峰确定的N元素的量为INg,INg/INt为不高于0.25,优选在0.02-0.2的范围内,更优选在0.02-0.15的范围内;由X射线光电子能谱确定该含金属原子纳米碳材料中的N元素的总量为INt,由X射线光电子能谱中403.5-406.5eV范围内的峰确定的N元素的含量为INn,INn/INt在0-0.25的范围内,优选在0.01-0.2的范围内,更优选在0.01-0.08的范围内。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的含金属原子纳米碳材料,其中,以该含金属原子纳米碳材料的总量为基准并以元素计,O元素的含量为2-10重量%,优选为4.5-7.5重量%,C元素的含量为80.2-97.1重量%,优选为83.8-93.9重量%,N元素的含量为0.4-1.8重量%,优选为0.6-1.7重量%,所述金属元素的总量为0.5-8重量%,优选为1-7重量%。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的含金属原子纳米碳材料,其中,所述金属元素选自过渡金属元素,优选选自第VIII族金属元素,更优选选自铁、钌、钴、铑、镍、钯和铂。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的含金属原子纳米碳材料,其中,该含金属原子纳米碳材料为含金属原子碳纳米管;优选地,该含金属原子纳米碳材料为含金属原子多壁碳纳米管。9.根据权利要求8所述的含金属原子纳米碳材料,其中,所述含金属原子多壁碳纳米管的比表面积在50-500m2/g的范围内,优选在80-300m2/g的范围内,更优选在100-250m2/g的范围内,进一步优选在130-180m2/g的范围内。10.根据权利要求8或9所述的含金属原子纳米碳材料,其中,所述含金属原子多壁碳纳米管在400-800℃的温度区间内的失重率为w800,在400-500℃的温度区间内的失重率为w500,w500/w800在0.01-0.5的范围内,优选在0.02-0.4的范围内,更优选在0.05-0.15的范围内,所述失重率在空气气氛中测定。11.一种含金属原子纳米碳材料的制备方法,该方法包括将一种分散有原料纳米碳材料、至少一种有机碱以及至少一种金属化合物的水分散液于密闭容器中进行反应,反应过程中,所述水分散液的温度保持在80-300℃的范围内。12.根据权利要求11所述的方法,其中,原料纳米碳材料:有机碱:金属化合物的重量比在1:0.01-15:0.01-5的范围内,优选在1:0.01-8:0.05-3的范围内,更优选在1:0.5-4:0.07-2的范围内;原料纳米碳材料:H2O的重量比在1:2-500的范围内,优选在1:50-200的范围内,更优选在1:60-100的范围内。13.根据权利要求11或12所述的方法,其中,有机碱:金属化合物的摩尔比在1:0.001-50的范围内,优选在1:0.005-10的范围内,更优选在1:0.01-3的范围内。14.根据权利要求11-13中任...
【专利技术属性】
技术研发人员:史春风,荣峻峰,于鹏,
申请(专利权)人:中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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