一种稀土纳米复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于催化剂领域，公开了一种稀土纳米复合催化剂及其制备方法和应用。该催化剂是以含铈元素的化合物、含铜元素的化合物和含钾元素的化合物构成的纳米复合物为催化活性组分的稀土纳米复合催化剂。本发明专利技术将催化剂的催化活性组制成纳米级微粒，催化剂的活性有明显提高，提高了反应效率和催化剂的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化剂领域，涉及一种稀土纳米复合催化剂及其制备方法和应用，具体 地说涉及一种含有铈元素、铜元素、钾元素的稀土纳米复合催化剂及其制备方法和在氯 化氢催化氧化制氯中的应用。技术背景.氯是氯碱行业的主要产品之一，广泛应用于化学、冶金、造纸、纺织、医药、石油 化工、饮水消毒和环保工业等领域。在以氯为原料生产许多工业产品时会产生大量的副 产HC1气体， 一般采用水吸收法，将副产氯化氢制成低附加值的盐酸出售，但由于副产 HC1气体中或多或少含有原料、副产物或产品等杂质，导致副产盐酸品质低劣，使用范 围狭窄，不但价格低而且销售困难，部分企业甚至被迫采用碱中和、水稀释后排放等手 段维持生产，不仅环境污染严重，而且造成氯资源浪费。随着工业上对氯的需求不断增 长，将副产氯化氢转化成氯已成为化工资源利用和环境保护的重大课题。氯化氢氧化制氯气技术的核心之一是催化剂，国际著名化工公司对该技术一直高度 重视，开发了一系列的催化剂。专利US4123389采用无水分步浸渍法制备了以硅胶、氧 化钛或氧化铝为载体的，负载有以铜为主要活性组分的催化剂，活性组分在载体上的负 载量为25~70%之间，在37(TC下氯化氢的转化率为80%左右。然而该催化剂的制备需 要在有机溶剂乙腈及甲酸溶液中进行浸渍，制备过程对环境污染较为严重。专利 GB2120225采用沉淀浸渍的方法制备了以二氧化钛为载体的含铜催化剂，其制备过程产 生的废水量也较大。专利US5716592报道了采用络氧化物与稀土铈复合的催化剂，但由 于铬的毒性较大，且铬与氯气极易形成低沸点的氧氯化铬，容易造成活性组分流失使催 化剂失活，因此降低了其工业应用价值。专利WO2008131857建议使用钌氯化物为催化 剂，但该催化剂的制备价格昂贵。专利CA823197、 CA920775分别釆用丝光沸石或分子 筛为载体，采用离子交换法制备催化剂，过程较为繁杂，所得氯化氢氧化反应的转化率 仅为52.8°/。和69%，且反应温度太高，容易引起活性组分的流失。因此，进一步研制具 有高活性、经济实用且制备过程环境友好的催化剂，对于实现氯化氢氧化制氯技术工业化和氯资源循环利用是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稀土纳米复合催化剂。 本专利技术的另一个目的是提供上述催化剂的制备方法。本专利技术还有一个目的是提供上述催化剂在氯化氢催化氧化制氯中的应。 本专利技术的目的是这样实现的-一种稀土纳米复合催化剂，该催化剂是以含铈元素的化合物、含铜元素的化合物和 含钾元素的化合物构成的纳米复合物为催化活性组分的稀土纳米复合催化剂。 所述的催化剂为无.负载的微粒型催化剂或负载于载体的负载型催化剂。 所述的催化剂，其中催化活性组分的铈、铜、钾的原子比为0.1 0.9: h 0.1~0.9。所述的催化剂是通过下列方法制备得到的a. 按照金属元素Ce: Cu: K=0.1~0.9: 1: 0.1~0.9的原子比例，优选1: 0.3~0.6: 0.5-0.8,将含有上述金属元素的可溶性盐(优选铜的硝酸盐或氯化盐、钸的硝酸盐或氯 化盐、氯化钾)溶于去离子水中，加入络合剂，搅拌0.1 12h，优选0.5 4h,使络合剂与金属离子络合，得到溶液A;b. 生成溶液A后，保持50 8(TC的恒温(如恒温水浴)，搅拌至形成凝胶，将凝胶 放入100-120 。C烘箱中发泡10~24 h后，在400-650 。C下焙烧4 6 h，粉碎，即得纳米 级无负载的微粒型催化剂；或者c. 在溶液A中，加入载体，保持50 80'C的恒温(如恒温水浴)，搅拌，直至形成 凝胶，将凝胶放入100~120 'C烘箱中发泡10 24h后，在400~600 。C下焙烧4 6 h，粉 碎，得到负载型纳米催化剂粉末；将该纳米催化剂粉末与粘结剂充分混均，成型，于烘 箱中100~120 'C烘干4~12 h，再于马弗炉中200-350 'C焙烧4~6 h，即得纳米级负载型 催化剂。根据上述方法制备的催化剂，其中络合剂选自柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸或葡 萄糖中的一种，优选柠檬酸或葡萄糖；载体为氧化铝、氧化硅、氧化钛、Y分子筛、13X 分子筛、(3分子筛、HY分子筛、ReY分子筛、NaY分子筛中的一种或几种，优选Y分 子筛、HY分子筛、ReY分子筛以及氧化铝与Y分子筛、HY分子筛或ReY分子筛的混 合物；载体的粒径小于110目，优选载体粒径小于200目；粘结剂为硅溶胶、氧化铝中 的一种。根据上述方法制备的催化剂，其中去离子水的用量按Ce、 Cu和K的金属离子总摩尔数水的摩尔数=1: 50~200选取，优选l: 100~150;络合剂的用量按催化活性组分Ce、Cu和K的金属离子总摩尔数络合剂摩尔数=1.0: 1.0-5.0选取，优选1.0: 1.5~3.5;载体的用量以催化活性组分的金属氧化物计使金属氧化物的负载量达到载体重量的10~50%，优选20~35%;粘结剂的用量为粘结剂质量载体的质量=0.2~0.8: 1.0，优选0.3~0.6: 1.0。所述催化剂的制备方法，包括下列步骤a. 按照金属元素Ce: Cu: K=0.1~0.9: 1: 0.1~0.9的原子比例,优选1: 0.3~0.6: 0.5 0.8，将含有上述金属元素的可溶性盐(优选铜的硝酸盐或氯化盐、铈的硝酸盐或氯 化盐、氯化钾)溶于去离子水中，加入络合剂，搅拌0.1 12h，优选0.5 4h，使络合剂与金属离子络合，得到溶液A;b. 生成溶液A后，保持50 8(TC的恒温(如恒温水浴)，搅拌至形成凝胶，将凝胶 放入1CKM20 'C烘箱中发泡10~24 h后，在400~650 'C下焙烧4 6 h，粉碎，即得纳米 级无负载的微粒型催化剂；或者c. 在溶液A中，加入载体，保持50 8(TC的恒温(如恒温水浴)，搅拌，直至形成 凝胶，将凝胶放入100~120 'C烘箱中发泡10~24 h后，在400~600 'C下焙烧4~6 h，粉 碎，得到负载型纳米催化剂粉末；将该纳米催化剂粉末与粘结剂充分混均，成型，于烘 箱中100~120 'C烘干4~12 h，再于马弗炉中200~350 'C焙烧4~6 h，即得纳米级负载型 催化剂。所述催化剂的制备方法，其中络合剂选自拧檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸或葡萄糖 中的一种，优选柠檬酸或葡萄糖；载体为氧化铝、氧化硅、氧化钛、Y分子筛、13X分 子筛、P分子筛、HY分子筛、ReY分子筛、NaY分子筛中的一种或几种，优选Y分子 筛、HY分子筛、ReY分子筛以及氧化铝与Y分子筛、HY分子筛或ReY分子筛的混合 物；载体的粒径小于110目，优选载体粒径小于200目；粘结剂为硅溶胶、氧化铝中的 一种。所述催化剂的制备方法，其中去离子水的用量按Ce、 Cu和K的金属离子总摩尔数 水的摩尔数=1: 50~200选取，优选l: 100~150;络合剂的用量按催化活性组分Ce、 Cu和K的金属离子总摩尔数络合剂摩尔数=1.0: L0 5.0选取，优选1.0: 1.5~3.5;载体的用量以催化活性组分的金属氧化物计使金属氧化物的负载量达到载体重量的10~50%，优选20~35%;粘结剂的用量为粘结剂质量载体的质量=0.2~0.8: 1.0，优选 0.3~0.6: 1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土纳米复合催化剂，其特征在于该催化剂是以含铈元素的化合物、含铜元素的化合物和含钾元素的化合物构成的纳米复合物为催化活性组分的稀土纳米复合催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔旭，陈献，吕高明，崔咪芬，汤吉海，吕志华，王彦泽，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]