一种磁性核壳结构催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性核壳结构催化剂，包括内核Fe3O4磁核、依次包覆在内核Fe3O4磁核上的SiO2隔热层、HZSM

【技术实现步骤摘要】
一种磁性核壳结构催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于煤化工和工业催化
，具体涉及一种磁性核壳结构催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]煤炭热解可同时制备油、气和半焦，是实现煤炭分质利用的重要技术途径。传统的煤热解过程存在焦油产率低、油灰分离难、气体热值低和产品附加值低等问题，催化热解是解决上述问题的重要手段之一，可以通过加入特定的高性能催化剂，从而提高焦油品质和气体热值、减少焦油中杂原子含量，然而，高性能催化剂目前大多面临成本偏高、回收再利用工艺复杂等新难题。
[0003]Hu等将Fe3O4与[Ru(BINAP
‑
PO3H2)(DPEN)Cl2]超声混合制备出纳米Ru催化剂用于1
‑
2萘乙酮的加氢反应，结果表明，重复十次以上，Ru的含量保持不变，证明磁性催化剂的稳定性强。鲁晓勇制备CaO/Fe3O4催化剂用于棕榈油和甲醇酯制备生物柴油，结果表明在重复八次后，产物中脂肪酸甲酯的含量超过96.5％以上，表现出优良的催化特性。余建雁制备Pt/Fe3O4‑
MCNT用于肉桂酸的加氢反应，结果表明肉桂酸转化率在50％以上，选择性达到96％，重复四次之后仍具有良好的催化性能。但是，这些回收性催化剂转化过程均在常温或200℃以下进行。CN103301868B则公开了一种核壳结构纳米催化剂及其制备方法，催化剂成分为Fe3O4@SiO2@(NH4)6Mo7O
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，其中，Fe3O4位于核心，SiO2位于Fe3O4外层，(NH4)6Mo7O/>24
位于最外层，该纳米催化剂被应用于温和反应条件下催化合成2
‑
取代苯并咪唑化合物。显然，上述几类催化剂均难以满足煤炭在600℃～750℃中低温热解的条件要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种磁性核壳结构催化剂。该催化剂通过内核Fe3O4磁核上包覆的SiO2隔热层，保护了内核Fe3O4磁核的磁性热稳定性，从而保证催化剂的重复利用与回收性能，结合利用HZSM
‑
5分子筛载体层的优异吸附性能和选择性负载活性组分Mo或Mo
‑
Ni，在中低温热解条件下发挥催化裂解作用，共同实现了催化剂在中低温热解条件下的高效催化和回收。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种磁性核壳结构催化剂，其特征在于，包括内核Fe3O4磁核、依次包覆在内核Fe3O4磁核上的SiO2隔热层、HZSM
‑
5分子筛载体层，以及负载在HZSM
‑
5分子筛载体层中的活性组分；所述活性组分为Mo，或者活性组分为Mo和Ni，且各活性组分的负载质量均为催化剂中非活性组分总质量的3％～10％。
[0006]本专利技术的催化剂包括内核Fe3O4磁核、依次包覆在内核Fe3O4磁核上的SiO2隔热层、HZSM
‑
5分子筛载体层，以及负载在HZSM
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5分子筛载体层中的活性组分，该催化剂的内核Fe3O4磁核表面易修饰、超顺磁性优异，在外加磁场下促进了催化剂与反应物的分离，易于实现催化剂的重复利用与回收，且与SiO2隔热层形成紧密结合；该催化剂的内核Fe3O4磁核上包覆有SiO2隔热层，有效隔绝了热量导致磁性减弱甚至消失的不良影响，保护Fe3O4磁核的
磁性热稳定性，提高其分散性和耐酸性，并避免在后期使用过程中发生不必要的还原反应，从而避免了催化温度对内核Fe3O4磁核的不良影响。
[0007]同时，行业中常用的均相金属催化剂合成时是以过渡金属活性组分Mo或Ni为中心原子，通过共价键或配位键与各种有机配位体构成络合物，从而发挥催化功能，该类型催化剂与产物分离复杂、价格较昂贵，而且通常在250℃就开始分解失活。而本专利技术催化剂中的SiO2隔热层上包覆有可经受1100℃高温的HZSM
‑
5分子筛载体层，且HZSM
‑
5分子筛载体层上直接负载有活性组分Mo或Mo
‑
Ni，无需添加额外的有机配位体，有效避免了上述均相金属催化剂合成时使用有机配体问题，可直接作用于煤炭底物，从而对中低温热解条件下的煤炭热解过程具有优异的催化作用。
[0008]上述的一种磁性核壳结构催化剂，其特征在于，所述活性组分为Mo和Ni，且活性组分Mo的负载质量为催化剂中非活性组分总质量的5％，且活性组分Ni的负载质量为催化剂中非活性组分总质量的7％。
[0009]另外，本专利技术还提供了一种制备如上述的磁性核壳结构催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤一、制备Fe3O4磁核：
[0011]步骤101、将FeCl3、无水乙酸钠和十六烷基三甲基溴化铵加入乙二醇中，在室温下磁力搅拌均匀，得到均液；
[0012]步骤102、将步骤101中得到的均液转移到聚四氟乙烯水热釜中进行反应，然后经磁分离得到黑色固体产物；
[0013]步骤103、将步骤102中得到的黑色固体产物清洗后进行磁分离，得到的沉淀转移至蒸发皿中，经真空干燥，得到Fe3O4磁核；
[0014]步骤二、制备nSiO2@Fe3O4：
[0015]步骤201、向步骤一中制备的Fe3O4磁核中加入去离子水和无水乙醇，然后加入浓氨水中进行超声，然后缓慢滴加正硅酸乙酯并进行机械搅拌反应，得到反应液；
[0016]步骤202、将步骤201中得到的反应液进行磁分离倒出上清液，然后进行超声清洗，经磁分离倒出上清液得到沉淀，再将沉淀转移至蒸发皿中，经真空干燥，得到SiO2@Fe3O4；
[0017]步骤203、将步骤202中得到的SiO2@Fe3O4重复步骤201和步骤202中的工艺，在Fe3O4磁核上包覆不同层数的SiO2，制备得到nSiO2@Fe3O4，其中n表示包覆层数，n为1以上的正整数；
[0018]步骤三、制备HZSM
‑
5@nSiO2@Fe3O4：
[0019]步骤301、将HZSM
‑
5合成液进行磁力搅拌，然后加入步骤二中得到的nSiO2@Fe3O4并调节pH至弱碱性，再转移到聚四氟乙烯反应釜中进行加热反应，得到反应产物；
[0020]步骤302、将步骤301中得到的反应产物水洗至中性后过滤，然后进行真空干燥，再进行煅烧，得到HZSM
‑
5@nSiO2@Fe3O4；
[0021]步骤四、制备磁性核壳结构催化剂：
[0022]步骤401、将Mo7O
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·
4H2O溶于去离子水中，然后缓慢加入步骤三中制备的HZSM
‑
5@nSiO2@Fe3O4并不断搅拌得到混合液；
[0023]步骤402、将步骤401中得到的混合液超声分散后在室温下浸渍，经鼓风干燥后进行煅烧，得到Mo/HZSM
‑
5@nSiO2@Fe3O4催化剂，记为M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性核壳结构催化剂，其特征在于，包括内核Fe3O4磁核、依次包覆在内核Fe3O4磁核上的SiO2隔热层、HZSM
‑
5分子筛载体层，以及负载在HZSM
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5分子筛载体层中的活性组分；所述活性组分为Mo，或者活性组分为Mo和Ni，且各活性组分的负载质量均为催化剂中非活性组分总质量的3％～10％。2.根据权利要求1所述的一种磁性核壳结构催化剂，其特征在于，所述活性组分为Mo和Ni，且活性组分Mo的负载质量为催化剂中非活性组分总质量的5％，且活性组分Ni的负载质量为催化剂中非活性组分总质量的7％。3.一种制备如权利要求1或2所述的磁性核壳结构催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制备Fe3O4磁核：步骤101、将FeCl3、无水乙酸钠和十六烷基三甲基溴化铵加入乙二醇中，在室温下磁力搅拌均匀，得到均液；步骤102、将步骤101中得到的均液转移到聚四氟乙烯水热釜中进行反应，然后经磁分离得到黑色固体产物；步骤103、将步骤102中得到的黑色固体产物清洗后进行磁分离，得到的沉淀转移至蒸发皿中，经真空干燥，得到Fe3O4磁核；步骤二、制备nSiO2@Fe3O4：步骤201、向步骤一中制备的Fe3O4磁核中加入去离子水和无水乙醇，然后加入浓氨水中进行超声，然后缓慢滴加正硅酸乙酯并进行机械搅拌反应，得到反应液；步骤202、将步骤201中得到的反应液进行磁分离倒出上清液，然后进行超声清洗，经磁分离倒出上清液得到沉淀，再将沉淀转移至蒸发皿中，经真空干燥，得到SiO2@Fe3O4；步骤203、将步骤202中得到的SiO2@F...

【专利技术属性】
技术研发人员：周安宁，张军兴，杨伏生，陈福欣，贺新福，杨志远，张亚婷，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：