一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂及其应用。首先经沉积沉淀法制备以石墨烯为载体的Pd纳米颗粒催化剂，得到Pd

【技术实现步骤摘要】
一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂及其应用


[0001]本专利技术属于苯乙炔选择性加氢反应制备苯乙烯的催化剂
，具体涉及硝酸蒸汽法制备原子级分散Pd催化剂及其应用。

技术介绍

[0002]通过减小催化剂的颗粒大小，能够有效地提高催化剂的催化活性，因此越来越多的研究者更加关注如何提高催化剂的活性表面积，如何制备单原子催化剂也就受到了更广泛的关注。单原子催化剂因其具有原子利用率高、独特的电子特性和几何构型以及更加优异的催化活性和选择性的优点，成为了催化领域研究的热点。单原子催化剂的制备策略大致分为两类，一种是自下而上的策略：这一策略主要适用于制备低负载量的单原子催化剂，例如质量选择软着陆法、原子层沉积法、化学方法等，但缺点是这种合成策略得到的催化剂产率较低，且成本也较高，不利于工业化生产；而另一种自上而下的策略为了弥补其不足，提出了适于制备高负载量的单原子催化剂的合成方法，例如离子交换策略等，简化了合成路线，但还需要更多的研究。
[0003]随着能源资源的不断被利用，化学学科的发展朝着更加绿色环保的方向发展，在尽量提高原子利用率的同时，希望尽可能的减少污染的排放。对于催化应用的众多反应中，炔烃的选择性加氢制烯烃对于工业发展有着重要的意义，其中在苯乙炔选择性加氢反应中，因为苯乙炔是原料中的一种有毒成分，苯乙烯是制药、染料和农药等行业重要的原材料，所以提高反应的选择性和活性对于降低环境污染有着至关重要的作用，而钯基催化剂针对半加氢催化反应具有优异的催化活性，且石墨烯作为载体能够提供更多的缺陷和限域环境，故希望通过制备性能更加优良的负载型钯基催化剂来得到最佳的苯乙炔加氢反应活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd基催化剂及其制备方法和应用。该方法为催化苯乙炔选择性加氢反应的设计提供了新的途径。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂，制备方法包括如下步骤：
[0006]1)Pd
n
/G的制备：将石墨烯粉末超声分散于去离子水中，得石墨烯分散液；调节石墨烯分散液和Pd(NO3)2水溶液的pH值分别为10和7；向石墨烯分散液中缓慢滴加Pd(NO3)2水溶液，100℃下加热1h后，冷却至室温，所得混合物过滤，固体物用去离子水洗涤至滤液pH呈中性，60℃下干燥12h；将所得产物装入反应管中，置于管式炉中进行原位还原，先以100～120mL/min流速通入惰性气体氩气，吹扫20～30min后，再以100mL/min的流速通入氢气，200℃下还原120min，得纳米颗粒催化剂Pd
n
/G。
[0007]2)Pd1/G的制备：取步骤1)所得Pd
n
/G装入石英杯中，放于PTFE内衬中，再置于反应釜内，硝酸蒸汽下，80℃处理3h，所得物在60℃下干燥12h后，装入反应管内，置于管式炉中
进行原位还原，先以100～120mL/min流速通入惰性气体氩气，吹扫20～30min后，再以100mL/min的流速通入氢气，200℃下还原60min，得原子级分散Pd催化剂Pd1/G。
[0008]进一步的，上述的一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂，步骤1)中，用Na2CO3溶液调节石墨烯分散液和Pd(NO3)2水溶液的pH值分别为10和7。
[0009]进一步的，上述的一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂，步骤1)中，所得纳米颗粒催化剂Pd
n
/G中，按质量百分比，Pd纳米颗粒的负载量为0.2％。
[0010]进一步的，上述的一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂，步骤1)中，步骤2)中，所得原子级分散Pd催化剂Pd1/G中，按质量百分比，Pd原子的负载量为0.1％。
[0011]本专利技术提供的通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂作为催化剂在催化苯乙炔选择性加氢反应中的应用。
[0012]进一步的，方法如下：于装有通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂的反应容器中，加入反应物苯乙炔溶液和乙醇溶液，先通入氩气作为平衡气体，再排出釜内空气，然后通入压力为0.2MPa的H2，在35℃、800r/min的反应条件下进行苯乙炔选择性加氢反应。
[0013]本专利技术的机理：本专利技术使用沉积沉淀法，利用硝酸对金属的刻蚀作用，在一定温度下用硝酸蒸汽实现再分散、刻蚀负载在石墨烯载体上的Pd纳米颗粒，缩小金属粒子的粒径，并进一步均匀的分散在载体表面，通过这种简便、高效的方式来控制金属粒子的尺寸，增大其比表面积，同时增加载体表面的缺陷，进而提高催化剂的催化能力。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术的实质性特点为所述的通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd基催化剂——单原子催化剂Pd1/G，与Pd
n
/G相比，由于Pd1/G具有更大的比表面积、以及较多的活性位点，在苯乙炔选择性加氢反应过程中，提高了反应速率，以及对目标产物苯乙烯的选择性。
[0016]2、与Pd
n
/G相比，本专利技术通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd基催化剂——单原子催化剂Pd1/G，在应用于苯乙炔选择性加氢反应中，表现出优异的催化性能。
[0017]3、本专利技术采用硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd基催化剂作为催化苯乙炔选择性加氢反应的催化剂，具有很好的循环稳定性能，在苯乙炔选择性加氢的4次循环反应中表现出较高的稳定性。
[0018]4、本专利技术通过硝酸蒸汽法制备原子级分散Pd基催化剂的合成策略生产工艺成熟，过程简便，成本低廉且高效。使用石墨烯作为催化剂的载体，通过燃烧的方式可以从废旧的催化剂中回收贵金属。此外，还可以利用碳材料的还原性。
附图说明
[0019]图1为Pd
n
/G及Pd1/G的TEM图和HAADF-STEM图；
[0020]其中，a:Pd
n
/G的TEM图；b:Pd1/G的TEM图；c:Pd
n
/G的HAADF-STEM图；d:Pd1/G的HAADF-STEM图。
[0021]图2a为Pd
n
/G的苯乙炔选择性加氢性能对比图。
[0022]图2b为Pd1/G的苯乙炔选择性加氢性能对比图。
[0023]图3为不同反应时间下Pd1/G的苯乙炔选择性加氢性能图。
具体实施方式
[0024]以下结合实施例详述本专利技术。
[0025]实施例1通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂(一)制备方法如下：
[0026]1、制备Pd
n
/G
[0027]1)将200mg石墨烯超声分散于30mL去离子水中，得石墨烯分散液。将25μL浓度为16mg mL-1
的Pd(NO3)2溶液用4mL去离子水进行稀释。用0.25M的Na2CO3溶液调试石墨烯分散液和Pd(NO3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂，其特征在于：制备方法包括如下步骤：1)Pd
n
/G的制备：将石墨烯粉末超声分散于去离子水中，得石墨烯分散液；调节石墨烯分散液和Pd(NO3)2水溶液的pH值分别为10和7；向石墨烯分散液中缓慢滴加Pd(NO3)2水溶液，100℃下加热1h后，冷却至室温，所得混合物过滤，固体物用去离子水洗涤至滤液pH呈中性，60℃下干燥12h；将所得产物装入反应管中，置于管式炉中进行原位还原，先以100～120mL/min流速通入惰性气体氩气，吹扫20～30min后，再以100mL/min的流速通入氢气，200℃下还原120min，得纳米颗粒催化剂Pd
n
/G；2)Pd1/G的制备：取步骤1)所得Pd
n
/G装入石英杯中，放于PTFE内衬中，再置于反应釜内，在硝酸蒸汽下，80℃处理3h，所得物在60℃下干燥12h后，装入反应管内，置于管式炉中进行原位还原，先以100～120mL/min流速通入惰性气体氩气，吹扫20～30min后，再以100mL/min的流速通入氢气，200℃下还原60...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨黎妮，秦帅，张铭河，刘洪阳，夏立新，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：