双金属改性MCM-41分子筛催化剂及制备方法和应用技术

双金属改性MCM‑41分子筛催化剂及制备方法和应用，将模板剂、稀释剂与酸混合，或将模板剂、稀释剂与碱混合，然后加入硅源，搅拌均匀，过滤，洗涤，干燥，得到MCM‑41分子筛；将金属硝酸盐与MCM‑41分子筛通过球磨混合均匀，然后焙烧，得到双金属改性MCM‑41分子筛催化剂。本发明专利技术的制备方法简单易操作，金属硝酸盐经过分解产生的双金属氧化物种能够更好的分散于MCM‑41分子筛上，从而有效避免活性位点团聚烧结；可有效地提高甲苯完全氧化反应的活性等问题，降低了反应温度窗口，抑制了部分积碳的生成催化剂的稳定性为反应37小时后甲苯转化率不变。

【技术实现步骤摘要】
双金属改性MCM-41分子筛催化剂及制备方法和应用
本专利技术属于提升甲苯催化氧化反应活性的催化技术，涉及双金属改性MCM-41分子筛催化剂及制备方法和应用。
技术介绍
VOCs(volatileorganiccompounds，挥发性有机物)，根据世界卫生组织的定义，指常温下沸点50℃～260℃或20℃时饱和蒸气压大于等于10Pa的各种有机化合物的统称。VOCs是大气环境中二次有机气溶胶和O3污染的重要前体物之一，VOCs的减排与治理已经成为当前大气污染防治的重点工作。甲苯(toluene)是一种典型的VOCs，广泛存在于石油化工行业的废气废液以及室内家具装饰物等中，属于有害空气污染物(HAPs)。甲苯的有效治理除源头和过程控制外，末端治理是重点。末端治理技术有吸收法、燃烧法、冷凝法、吸附法、生物法、低温等离子体法等。其中燃烧法是一种彻底破坏的办法，分直接燃烧法和催化燃烧法，直接燃烧法运行温度高(800～1200℃)，工艺能耗高，燃烧尾气中易出现二噁英、NOx等副产物，应用范围逐渐被限制，为了提高热经济性，研究者们通过改进催化剂使反应温度降低，改变原有反应路径，降低反应活化能，从而加速反应，即催化燃烧法(催化氧化法)。该方法使用的催化剂大致可以分为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和稀土复合氧化物催化剂三大类。复合过渡金属氧化物催化剂的活性明显高于单金属氧化物催化剂，且某些复合氧化物在一定条件下能够达到贵金属催化剂的效果，同时，负载型过渡金属氧化物催化剂可有效解决高温下活性位点烧结的问题。作为贵金属催化剂的替代品，过渡金属氧化物催化剂目前得到了广泛的关注。目前，关于该反应催化剂和工艺研究的文献和专利逐年增多，大多数研究者将目光集中在过渡金属氧化物催化剂的助剂、载体选择和制备方法上，以期得到催化活性优异，且稳定性高、价格便宜的催化剂。载体类型及性质对其负载助催化剂有重要的影响，研究通常从材料比表面积、孔隙结构、亲疏水性等方面对载体进行综合考虑。MCM-41分子筛具有高的比表面积、发达的孔隙结构和可调的亲疏水性，可有效提高助剂的分散性。已有的MCM-41负载型催化剂在甲苯催化氧化反应中，温度窗口较高，反应能耗大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提升甲苯催化氧化反应的活性，提供一种双金属改性MCM-41分子筛催化剂及制备方法和应用，该催化剂具有活性较高、选择性好、稳定性较好及制备成本低的特点，制备方法过程简单。为实现上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：双金属改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将模板剂、稀释剂与酸混合，或将模板剂、稀释剂与碱混合，然后加入硅源，搅拌均匀，过滤，洗涤，干燥，得到MCM-41分子筛；(2)将金属硝酸盐与MCM-41分子筛通过球磨混合均匀，然后焙烧，得到双金属改性MCM-41分子筛催化剂。本专利技术进一步的改进在于，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三乙基溴化铵、溴代十六烷基吡啶或溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑离子液体；硅源为正硅酸乙酯、硅酸钠、微硅粉或硅溶胶；稀释剂为水；酸为盐酸；碱为氨水。本专利技术进一步的改进在于，盐酸的质量浓度为35％，氨水的质量浓度为29％。本专利技术进一步的改进在于，模板剂、硅源、稀释剂与酸的物质的量的比为1:(2～7):(305～1000):(8～28)，模板剂、硅源、稀释剂与碱的物质的量的比为1:(2～7):(305～1000):(8～28)。本专利技术进一步的改进在于，金属硝酸盐与MCM-41分子筛中的硅的摩尔比为1:(2～150)。本专利技术进一步的改进在于，金属硝酸盐为九水合硝酸铁、六水合硝酸铈、四水合硝酸锰、三水合硝酸铜、六水合硝酸钴与硝酸银中的任意两种；球磨的转速为500转/min，时间为1～30h；本专利技术进一步的改进在于，焙烧的温度为350～600℃，时间为4～7h；以1-5℃/min的升温速率自室温升温至350～600℃。一种根据上述方法制备的双金属改性MCM-41分子筛催化剂。双金属改性MCM-41分子筛催化剂在甲苯催化氧化反应中的应用。本专利技术进一步的改进在于，将0.05～0.4g催化剂加入到反应容器中，然后向反应容器中通入氮气、氧气与甲苯，氮气、氧气与甲苯的总空速为10000mL/(g·h)～100000mL/(g·h)，在150～400℃下反应，实现甲苯的催化氧化；其中，氮气、氧气与甲苯的混合气中，甲苯的体积浓度为0.05-1％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术以MCM-41分子筛为载体，采用简单的球磨方法，通过不同双金属前驱体的选择，制备出一系列双金属改性MCM-41分子筛催化剂，获得性能更加优异的甲苯催化氧化催化剂，催化甲苯的反应如下：C7H8+9O2→7CO2+4H2O本专利技术的制备方法简单易操作，相较于传统的浸渍法、溶胶凝胶法、共沉淀法、离子交换法，金属硝酸盐经过分解产生的双金属氧化物种能够更好的分散于MCM-41分子筛上，从而有效避免活性位点团聚烧结；同时，由于进行了双金属负载，与传统分子筛催化剂相比，可有效地提高甲苯完全氧化反应的活性等问题，降低了反应温度窗口，抑制了部分积碳的生成，0.1％体积浓度的甲苯、30000mL/(g·h)反应空速下，266℃可达T90，催化剂的稳定性为反应37小时后甲苯转化率不变。本专利技术催化剂对环境友好，无污染。附图说明图1为对比例1H-MCM-41分子筛的N2吸附脱附曲线。图2为实施例7和实施例10-13五个双金属改性MCM-41分子筛样品的XRD谱图。图3为实施例7和实施例10-13五个双金属改性MCM-41分子筛样品于甲苯催化氧化反应活性图。图4为实施例7和实施例10-13五个双金属改性MCM-41分子筛样品的O2-TPD谱图。图5为实施例7的Cu1/60Ce1/15Oz/MCM-41样品的稳定性测试结果。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术的一种用于甲苯催化氧化的不同双金属(Fe/Ce、Mn/Ce、Ag/Ce、Co/Ce、Cu/Ce)改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法如下：不同双金属(Fe/Ce、Mn/Ce、Ag/Ce、Co/Ce、Cu/Ce)改性MCM-41分子筛催化剂，以不同酸碱性条件合成的MCM-41分子筛催化剂为载体，不同双金属前驱体以球磨的方法与MCM-41分子筛结合，金属前驱体与载体的摩尔比为1:150～1:2，处理时间为1～30h，形成活性较优、稳定性较好，金属前驱体与载体的摩尔比和处理时间优选为1:120～1:4、2～24h。具体制备方法，按照下述步骤进行：(1)制备MCM-41分子筛：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三乙基溴化铵、溴代十六烷基吡啶(CPBr)或溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑离子液体为模板剂，正硅酸乙酯(TEOS)、硅酸钠、微硅粉或硅溶胶为硅源，水为稀释剂，酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双金属改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将模板剂、稀释剂与酸混合，或将模板剂、稀释剂与碱混合，然后加入硅源，搅拌均匀，过滤，洗涤，干燥，得到MCM-41分子筛；/n(2)将金属硝酸盐与MCM-41分子筛通过球磨混合均匀，然后焙烧，得到双金属改性MCM-41分子筛催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.双金属改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将模板剂、稀释剂与酸混合，或将模板剂、稀释剂与碱混合，然后加入硅源，搅拌均匀，过滤，洗涤，干燥，得到MCM-41分子筛；
(2)将金属硝酸盐与MCM-41分子筛通过球磨混合均匀，然后焙烧，得到双金属改性MCM-41分子筛催化剂。


2.根据权利要求1所述的双金属改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三乙基溴化铵、溴代十六烷基吡啶或溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑离子液体；硅源为正硅酸乙酯、硅酸钠、微硅粉或硅溶胶；稀释剂为水；酸为盐酸；碱为氨水。


3.根据权利要求2所述的双金属改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，盐酸的质量浓度为35％，氨水的质量浓度为29％。


4.根据权利要求1所述的双金属改性MCM-41分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，模板剂、硅源、稀释剂与酸的物质的量的比为1:(2～7):(305～1000):(8～28)，模板剂、硅源、稀释剂与碱的物质的量的比为1:(2～7):(305～1000):(8～28)。


5.根据权利要求1所述的双金属改性MCM-41分子筛催化剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇，王美霞，曹军骥，
申请(专利权)人：中国科学院地球环境研究所，西安地球环境创新研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61