一种石墨烯层包覆的钯铈催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有石墨烯层包覆的钯铈催化剂的制备方法和在乙炔选择性加氢方面的应用。本发明专利技术采用绿色环保、简单易重复的沉积

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯层包覆的钯铈催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于乙炔选择性加氢反应制备乙烯的催化剂
，具体涉及一种石墨烯层包覆的钯铈催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着全球范围内石油化工资源的日益减少，寻找能够实现高效制备乙烯的策略变得愈发重要。炔类化合物选择性加氢制烯烃是石油化工生产中的重要工艺之一，乙烯在现代化学工业中占据着非常重要的作用，聚乙烯是一种应用非常广泛的聚合材料，主要的生产路径是以乙烯为原料、通过发生聚合反应制得产物。然而，虽然裂解反应容易进行，并且通过这种工艺制备得到的乙烯产量比较高，但在生成物中往往会含有微量的乙炔，这些乙炔如果不进行处理消除，会妨碍乙烯通过聚合反应生产聚乙烯，所以在乙烯的聚合反应之前必须进行相关处理以降低乙炔的含量。常用的方法包括溶剂萃取法和催化加氢法，现阶段在一般的工业生产中主要使用的处理方法是通过催化加氢反应来消除反应气中混杂的乙炔。乙炔加氢反应的过程比较复杂，在反应过程中往往会伴随着反应分子的活化、旧键的断裂和新键的形成等过程，因此反应过程中会生成多种产物，按照反应过程中生成物质分类可以分为三类：加氢反应过程中会生成目标产物乙烯和过度加氢产物乙烷；聚合反应中会生成副产物“绿油”低聚物；裂解反应指的是反应过程中可能会发生C
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C键断裂导致生成甲烷。
[0003]贵金属Pd具有的空d轨道特性，表面非常容易吸附反应物，因此具有高效的加氢活性，常被应用于加氢领域的研究。但由于金属Pd价格昂贵，当其负载量超过千分之五时便会显著增加生产成本，因此，负载型的Pd基催化剂经常被应用于生产研究中。但是在以Pd基催化剂进行乙炔加氢反应时易于过度加氢生成乙烷，因此，本文尝试以氧化铈为载体负载钯纳米颗粒，并以石墨烯层进行限域处理，使其对乙炔加氢具有选择性。

技术实现思路

[0004]该催化剂以金属氧化物二氧化铈为载体，钯为活性中心，石墨烯对表面的钯纳米颗粒进行限域，且钯纳米粒子能够较为均匀的负载在二氧化铈载体上。
[0005]本专利技术的目的是制备一种具有石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒的催化剂，并将其应用于乙炔选择性加氢领域。该催化剂具有活性较高、选择性较好、简单高效、绿色经济等特点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂，首先使用沉积
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沉淀法将硝酸钯负载在二氧化铈颗粒上，然后通过氢气还原得到负载有钯纳米颗粒的二氧化铈，再通过CVD法高温裂解乙苯使其形成石墨烯层包覆在负载有钯纳米颗粒的二氧化铈表面。
[0007]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，包括如下步骤，
[0008]1)配制二氧化铈分散液和硝酸钯溶液，调节二氧化铈分散液和硝酸钯溶液的pH至碱性，对二氧化铈分散液进行加热，将硝酸钯溶液滴加到二氧化铈分散液中进行反应，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥、研磨；
[0009]2)在研磨后的产物在高温下进行氢气还原，得到负载有钯纳米颗粒的二氧化铈；
[0010]3)取两台管式炉并排串联放置，将一根石英管同时插入两台管式炉，取负载有钯纳米颗粒的二氧化铈置于左侧管式炉的石英管中，同时取乙苯置于右侧管式炉的石英管中，使用惰性气体对两个串联管式炉进行吹扫，分别加热，将蒸发的乙苯吹至负载有钯纳米颗粒的二氧化铈的管式炉中，反应结束后冷却，得到石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒。
[0011]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，步骤1)中，按质量比，二氧化铈：硝酸钯＝200：1。
[0012]上述一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，步骤1)中，调节二氧化铈分散液和硝酸钯溶液的pH至碱性，是使用浓度为0.25mol/L的碳酸钠溶液分别对硝酸钯溶液和二氧化铈悬浊液pH调节9
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10。
[0013]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，步骤1)中，对二氧化铈分散液进行加热是加热至90℃，反应是在90℃下搅拌并反应2小时。
[0014]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，步骤2)中，氢气还原具体是指，在升温条件下，使用惰性气体进行吹扫，升温完成后关闭惰性气体，再通入纯氢，在200℃下还原2h还原完成后再通入惰性气体进行冷却。
[0015]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，步骤3)中，负载有钯纳米颗粒的二氧化铈：乙苯＝100mg：0.5mL
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0.75mL。
[0016]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，步骤3)中，装载有乙苯的管式炉中所述的加热是在5分钟内升至140℃，装载有负载有钯纳米颗粒的二氧化铈的管式炉中所述的加热是在68分钟内升至700℃。
[0017]上述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂在乙炔选择性加氢中的应用。
[0018]上述的应用，方法如下：使用石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂石英砂充分混合作为支撑，通入C2H2,H2,C2H4,He的混合气体，气体流量为15mL/min，在150℃下进行反应。
[0019]本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0020]1.本专利技术以二氧化铈作为载体负载少量钯纳米颗粒，金属氧化物能够提供丰富的电子
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空穴对，使得电子能够更容易的在载体表面进行转移；同时二氧化铈表面富缺陷，更有利于钯纳米颗粒锚定在载体表面。沉积
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沉淀的方法能够使钯纳米颗粒更均匀的分散在载体表面，并且该方法简便易行，重复率高。CVD法能够使石墨烯层更好的沉积在催化剂表面，少量的石墨烯层能对催化剂进行限域，限制乙炔气体在催化剂表面的过度吸附，从而抑制乙炔在催化剂上的过度加氢现象。
[0021]2.本专利技术使用钯金属为活性中心，所采用的负载量为0.2wt％，较低的负载量使得本专利技术的实际生产成本较低，令低负载量的催化剂也能在乙炔选择性加氢反应中表现出较好的催化性能。本专利技术总体使用的制备方法是一种简单易执行的合成策略，该方法合成的
催化剂负载量高、重复性好，能够最大化的利用贵金属钯，经济高效。
[0022]3.本专利技术制备了一种具有石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒的催化剂，在乙炔选择性加氢反应中，在持续升温的条件下，在150℃时，乙炔的转化率为93.58％，选择性为75.05％。
附图说明
[0023]图1是复合材料02Pd/CeO2在200℃氢气还原后的相关TEM图；
[0024]其中A:20nm；B:10nm；C:5nm D:2nm。
[0025]图2是复合材料02C@Pd/CeO2的相关TEM图；
[0026]其中A:20nm；B:10nm；C:5nm D:2nm。
[0027]图3是复合材料02C@Pd/CeO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂，其特征在于：首先使用沉积
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沉淀法将硝酸钯负载在二氧化铈颗粒上，然后通过氢气还原得到负载有钯纳米颗粒的二氧化铈，再通过CVD法高温裂解乙苯使其形成石墨烯层包覆在负载有钯纳米颗粒的二氧化铈表面。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，1)配制二氧化铈分散液和硝酸钯溶液，调节二氧化铈分散液和硝酸钯溶液的pH至碱性，对二氧化铈分散液进行加热，将硝酸钯溶液滴加到二氧化铈分散液中进行反应，冷却至室温后抽滤、洗涤、干燥、研磨；2)在研磨后的产物在高温下进行氢气还原，得到负载有钯纳米颗粒的二氧化铈；3)取两台管式炉并排串联放置，将一根石英管同时插入两台管式炉，取负载有钯纳米颗粒的二氧化铈置于左侧管式炉的石英管中，同时取乙苯置于右侧管式炉的石英管中，使用惰性气体对两个串联管式炉进行吹扫，分别加热，将蒸发的乙苯吹至负载有钯纳米颗粒的二氧化铈的管式炉中，反应结束后冷却，得到石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，按质量比，二氧化铈：硝酸钯＝200：1。4.根据权利要求2所述一种石墨烯层包覆的二氧化铈负载钯纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，调节二氧化铈分散液和硝酸钯溶液的pH至碱性，是使用浓度为0.25mol/L的碳酸钠溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨黎妮，靳忠，张景旺，夏立新，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：