芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法及应用，属于催化剂技术领域。本发明专利技术将芒草杆干燥破碎并经过预炭化、活化、炭化等处理制备成能耐酸碱、性质稳定、具有发达的介孔结构、高比表面积和优良的吸附性能的芒草生物活性炭载体粉末；将活性炭载体粉末分散至去离子水A中，在搅拌条件下逐滴滴加钯盐溶液并在搅拌条件下烘干水分得到固体A，再将固体A溶解于去离子水B中，在搅拌条进行下逐滴滴加NaBH

Preparation and application of mesoporous activated carbon based palladium nanoparticles catalyst of mangcao

【技术实现步骤摘要】
芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法及在甲烷化学链燃烧中的应用，属于催化剂

技术介绍
乙烯是产量最大的化工产品之一，是石化产业的核心原料，也是国民经济重要的一环。我国传统的乙烯工业以液态石油为原料，经过高温蒸汽裂解得到乙烯产品。然而，在裂解过程中会伴随着0.3~3%的乙炔生成，而这微量的乙炔会毒化生产聚乙烯的Ziegler-Natta催化剂，降低其使用寿命，同时影响聚乙烯的产品质量。因此脱除乙烯中的乙炔是乙烯装置流程中的关键环节。传统的降低乙炔的方法主要是以氧化铝、氧化镁、沸石分子筛、玻璃纤维素、石墨烯、二氧化硅、碳纳米管等材料为载体，负载单金属钯合成催化剂进行乙炔的选择性加氢。但是，传统的催化剂对乙烯的选择性低且易失活。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法及应用，本专利技术将芒草杆干燥破碎并经过预炭化、活化、炭化等处理制备成能耐酸碱、性质稳定、具有发达的介孔结构、高比表面积和优良的吸附性能的芒草生物活性炭载体粉末；将其负载钯作为催化剂应用在乙炔选择性加氢反应制取乙烯，可提高生物质能源的废物利用。芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）将洗净的芒草杆干燥破碎，然后置于温度为200~500℃的氮气氛围中预处理1~2h得到预炭化物，预炭化物经活化剂处理后，再置于温度为500~800℃的氮气氛围中处理1~2h得到炭化物；（2）将稀硝酸加入到步骤（1）炭化物中使体系的pH为8~9并在搅拌条件下反应3~6h，固液分离，然后采用去离子水洗涤固体，烘干即得活性炭，活性炭研磨得到活性炭载体粉末；（3）将步骤（2）活性炭载体粉末分散至去离子水A中，在搅拌条件下逐滴滴加钯盐溶液并在搅拌条件下烘干水分得到固体A，再将固体A溶解于去离子水B中，在搅拌条进行下逐滴滴加NaBH4溶液至不产生气泡，固液分离得到固体B，采用去离子水洗涤固体B即得芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂。所述步骤（1）活化剂为固体活化剂或液体活化剂，进一步地，所述固体活化剂为KOH或NaOH，预炭化物与固体活化剂的质量比为1:(0.2~10)；预炭化物经活化剂处理的具体方法为将预炭化物与固体活化剂混合均匀并研磨处理5~10min。进一步地，所述液体活化剂为磷酸或硝酸，磷酸的质量分数为25~30%，硝酸的质量分数为25~30%，预炭化物与液体活化剂的质量比为1:(0.2~10)；预炭化物经活化剂处理的具体方法为将预炭化物置于液体活化剂中浸泡12h以上后取出。所述步骤（3）钯盐溶液的浓度为0.1~10g/L，去离子水A与钯盐溶液的体积比为(1~20):1，钯盐溶液中钯元素的质量占活性炭载体粉末的0.1~5%。所述钯盐溶液为硝酸钯溶液、氯化钯溶液、硫酸钯溶液或醋酸钯溶液。所述NaBH4溶液的浓度为1-20g/L。进一步地，所述烘干温度为50~80℃，烘干时间为4~24h。本专利技术制备得到的高比表面积芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂用于催化乙炔选择性加氢反应的具体方法如下，乙炔加氢反应器包含有三个配有流量控制阀的独立气路，分别用于控制氮中氢气、氮中乙炔和高纯氦气的流量；所用氮中氢气纯度为20%H2/80%N2、氮中乙炔纯度为20%C2H2/N2；催化反应时氮中氢气流量控制在19mL/min，氮中乙炔流量控制在13mL/min；催化反应空速控制在40000~110000h-1，温度控制在80~300℃进行催化乙炔选择性加氢反应。本专利技术的有益效果是：本专利技术催化乙炔选择性加氢反应的负载型钯纳米粒子催化剂，仅需利用农林废弃物芒草为载体前驱体原料，且经过简单操作就可制备出高比表面积的介孔活性炭材料，将其用于催化剂载体，通过简单浸渍法制备出具有高分散性钯纳米粒子的催化剂，制备的用于催化乙炔选择性加氢反应的活性炭负载钯纳米粒子催化剂，其具有非常高的催化活性，乙炔的转化率和乙烯的选择性最高均可达到99.9%。附图说明图1为实施例2芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的扫描电子显微镜图；图2为实施例3芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的扫描电子显微镜图；图3为实施例4芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的透射电子显微镜图；图4为实施例5芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的透射电子显微镜图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。对比例：芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将洗净的芒草杆干燥破碎，然后置于温度为400℃的氮气氛围中预处理1h得到炭化物；（2）将步骤（1）的炭化物置于去离子水中搅拌浸泡6h，固液分离，用去离子水洗涤3次，置于温度为80℃保温4h烘干，研磨成粉末得到活性炭载体粉末；本对比例活性炭载体粉末的比表面积为333.269m²/g，平均孔径为0.038cm³/g，孔径分布约为7.21nm；（3）将步骤（2）活性炭载体粉末分散至去离子水A中，在搅拌条件下逐滴滴加钯盐溶液并在搅拌、温度为60℃条件下蒸发水分得到固体A，再置于温度为80℃下烘干4h，其中钯盐溶液为浓度为1g/L的硝酸钯溶液，去离子水A与钯盐溶液（硝酸钯溶液）的体积比为3:1，硝酸钯溶液中钯元素的质量占活性炭载体粉末质量的0.1%；再将固体A溶解于去离子水B中，其中固体A与去离子水B的体积比为1:3，在搅拌条进行下逐滴滴加NaBH4溶液至不产生气泡，固液分离得到固体B，采用去离子水洗涤5次固体B，然后置于温度为80℃条件下烘干4h即得芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂；其中NaBH4溶液的浓度为5g/L；本对比例芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的比表面积为269.996m²/g，平均孔径为0.029cm³/g，孔径分布约为8.63nm；将本对比例的芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂0.1g，放入乙炔加氢反应器中进行反应：乙炔加氢反应器包含有三个配有流量控制阀的独立气路，分别用于控制氮中氢气、氮中乙炔和高纯氦气的流量；所用氮中氢气纯度为20%H2/80%N2、氮中乙炔纯度为20%C2H2/N2，催化反应时氮中氢气流量控制在19mL/min，氮中乙炔流量控制在13mL/min；催化反应空速控制在40000h-1，温度为80℃；此时乙炔的转化率为38.28%，乙烯选择性为61.49%。实施例1：芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，具体步骤如下：（1）将洗净的芒草杆干燥破碎，然后置于温度为400℃的氮气氛围中预处理1h得到预炭化物，预炭化物经固体活化剂（KOH）处理后，再置于管式炉中以5K/min的升温速率匀速升温至温度为700℃的氮气氛围中处理1h得到炭化物；其中预炭化物与固体活化剂（KOH）的质量比为1:3；预炭化物经活化剂处理的具体方法为将预炭化物与固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n（1）将洗净的芒草杆干燥破碎，然后置于温度为200~500℃的氮气氛围中预处理1~2h得到预炭化物，预炭化物经活化剂处理后，再置于温度为500~800℃的氮气氛围中处理1~2h得到炭化物；/n（2）将稀硝酸加入到步骤（1）炭化物中使体系的pH为8~9并在搅拌条件下反应3~6h，固液分离，然后采用去离子水洗涤固体，烘干即得活性炭，活性炭研磨得到活性炭载体粉末；/n（3）将步骤（2）活性炭载体粉末分散至去离子水A中，在搅拌条件下逐滴滴加钯盐溶液并在搅拌条件下烘干水分得到固体A，再将固体A溶解于去离子水B中，在搅拌条进行下逐滴滴加NaBH

【技术特征摘要】
1.芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将洗净的芒草杆干燥破碎，然后置于温度为200~500℃的氮气氛围中预处理1~2h得到预炭化物，预炭化物经活化剂处理后，再置于温度为500~800℃的氮气氛围中处理1~2h得到炭化物；
（2）将稀硝酸加入到步骤（1）炭化物中使体系的pH为8~9并在搅拌条件下反应3~6h，固液分离，然后采用去离子水洗涤固体，烘干即得活性炭，活性炭研磨得到活性炭载体粉末；
（3）将步骤（2）活性炭载体粉末分散至去离子水A中，在搅拌条件下逐滴滴加钯盐溶液并在搅拌条件下烘干水分得到固体A，再将固体A溶解于去离子水B中，在搅拌条进行下逐滴滴加NaBH4溶液至不产生气泡，固液分离得到固体B，采用去离子水洗涤固体B即得芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂。


2.根据权利要求1所述芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）活化剂为固体活化剂或液体活化剂。


3.根据权利要求2所述芒草介孔活性炭基钯纳米粒子催化剂的制备方法，其特征在于：固体活化剂为KOH或NaOH，预炭化物与固体活化剂的质量比为1:(0.2~10)；预炭化物经活化剂处理的具体方法为将预...

【专利技术属性】
技术研发人员：关清卿，张健，何亮，陈秋玲，宁平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53