一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用以及制取甲醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用以及制取甲醇的方法，所述催化剂为钯掺杂棒状金红石，其掺杂相为钯，其掺杂主体为棒状金红石

【技术实现步骤摘要】
一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用以及制取甲醇的方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，具体涉及一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用以及制取甲醇的方法
。

技术介绍

[0002]煤层气作为煤矿的伴生资源，其主要成分甲烷是一种清洁能源
。
较高浓度的煤层气被应用于燃气供应
、
化工生产
、
火力发电等，但低浓度以及超低浓度的煤层气仍因难以有效利用而直接排放至大气中，既是对资源的浪费，也是造成温室效应的因素之一
。
[0003]甲醇是一种极为重要的有机化工原料，且由天然气制备甲醇从原子经济角度考虑最为高效
。
目前通过甲烷制备甲醇传统方法主要是煤气化
‑
费托合成法，将煤层气转化为合成气，再催化转化生成甲醇，而甲烷蒸汽重整是典型的能量密集型过程，反应条件要求高温高压，倘若能实现煤层气直接催化氧化将其转化为甲醇，将会显著降低能耗，提高经济效益，具有重大意义
。
甲烷是由四个相同的碳氢键构成的四面体结构化合物，化学性质相当稳定，断裂第一个碳氢键所需能量高于后续碳氢键断裂所需要的能量，故关键技术问题集中于甲烷催化氧化制备甲醇的选择性
。
[0004]公开号为
CN116196939A
的中国专利申请文献公开了一种复合金属氧化物催化剂及其制备方法和在催化低浓度煤层气制甲醇中的应用，其所述复合金属氧化物催化剂包括载体和活性组分，所述载体为氧化铈，所述活性组分为氧化铜和氧化铱的复合金属氧化物，其催化剂制备简单，在低浓度煤层气氧化制甲醇反应中具有一定的反应活性及循环稳定性，但是该体系的甲醇产率较低，工业化应用的潜力较低
。
同时该催化剂材料采用了双金属活性组分，其催化剂的作用机理还不明确
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用以及制取甲醇的方法，所述方法能在温和条件下制取甲醇，且甲醇的产率高
。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0007]一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，所述钯基催化剂为钯掺杂棒状金红石
。
[0008]优选地，所述钯基催化剂中，钯的质量分数为
0.1
‑
5.0wt
％
。
[0009]优选地，所述钯基催化剂中，钯的质量分数为
0.25
‑
2.0wt
％
。
[0010]优选地，所述钯基催化剂中，钯的质量分数为
0.5wt
％
。
[0011]优选地，所述钯基催化剂中钯源采用掺杂法引入，具体的制备方法包括以下步骤：取异丙醇和异丙醇钛溶于乙醇酸溶液中，加入硝酸钯，搅拌，溶液升温后继续搅拌至透明；所得溶液装入水热釜中进行水热反应；反应结束后固液分离，洗涤
、
干燥
、
研磨后煅烧得到
所述钯基催化剂
。
[0012]优选地，所述钯基催化剂中钯源采用浸渍法引入，具体的制备方法包括以下步骤：取异丙醇和异丙醇钛溶于乙醇酸溶液中，搅拌，溶液升温后继续搅拌至透明；所得溶液装入水热釜中进行水热反应，反应结束后固液分离，洗涤
、
干燥
、
研磨
、
煅烧后加入硝酸钯水溶液中，加热老化，将所得固体研磨
、
煅烧得到所述钯基催化剂
。
[0013]优选地，还包括加入铜离子与钯基催化剂配合
。
[0014]本专利技术还提出一种采用所述钯基催化剂催化氧化煤层气制取甲醇的方法，包括以下步骤：将煤层气充入装有铜离子溶液和钯基催化剂的反应釜中，充入一氧化碳作为辅助气；升高温度并搅拌混合物进行反应，反应结束后从液相中收集产生的甲醇
。
[0015]优选地，所述煤层气的压力为1‑
3.0MPa
；所述一氧化碳的压力为
0.2
‑
1.0MPa
；所述铜离子溶液中铜离子浓度为1‑
100mmol/L。
[0016]优选地，所述搅拌的速率为
600
‑
1000rpm
；所述反应的温度为
100
‑
200℃
，时间为
0.5
‑
4h。
[0017]优选地，在钯基催化剂的制备过程中，所述煅烧的温度均为
400
‑
700℃
，优选
600℃
或
500℃。
[0018]本专利技术的优点在于：
[0019]本专利技术提供了一种利用钯基催化剂催化氧化煤层气制取甲醇的反应体系，其催化剂采用了钯掺杂棒状金红石，其掺杂相为钯，掺杂主体为棒状金红石，其中高度分散的钯位点为催化活性中心，能将煤层气中的低浓度甲烷转化为甲醇；该反应体系能在相对温和条件下制备甲醇，甲醇产率高且甲烷对甲醇的选择性高，甲醇在液态含氧产物中的选择性为
100
％；其中
CO
能够促进
O2分子的活化提升催化剂对于甲烷分子的活化能力，而
Cu
2+
则作为自由基捕获剂，有效避免了甲醇等产物的过度氧化，有效提升了产物中甲醇的选择性
。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中得到的钯掺杂棒状金红石的扫描电子显微镜扫描图；
[0021]图2为本专利技术实施例1‑8制备的催化剂催化煤层气制备甲醇的产率图；
[0022]图3为本专利技术实施例
1、
实施例9和实施例
10
中催化剂催化煤层气制备甲醇的产率图；
[0023]图4为本专利技术实施例
1、
实施例
11
和实施例
12
中催化剂催化煤层气制备甲醇的产率图；
[0024]图5为本专利技术实施例
1、
实施例
13
‑
16
中催化剂催化煤层气制备甲醇的产率图；
[0025]图6为本专利技术实施例
1、
实施例
17
‑
22
中催化剂催化煤层气制备甲醇的产率图；
[0026]图7为本专利技术实施例1以及对比例1‑6制备的催化剂催化煤层气制备甲醇的产率图
。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，其特征在于：所述钯基催化剂为钯掺杂棒状金红石
。2.
根据权利要求1所述的钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，其特征在于：所述钯基催化剂中，钯的质量分数为
0.1
‑
5.0wt
％
。3.
根据权利要求1所述的钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，其特征在于：所述钯基催化剂中，钯的质量分数为
0.25
‑
2.0wt
％
。4.
根据权利要求1所述的钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，其特征在于：所述钯基催化剂中，钯的质量分数为
0.5wt
％
。5.
根据权利要求1所述的钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，其特征在于：所述钯基催化剂中钯源采用掺杂法引入，具体的制备方法包括以下步骤：取异丙醇和异丙醇钛溶于乙醇酸溶液中，加入硝酸钯，搅拌，溶液升温后继续搅拌至透明；所得溶液装入水热釜中进行水热反应；反应结束后固液分离，洗涤
、
干燥
、
研磨后煅烧得到所述钯基催化剂
。6.
根据权利要求1所述的钯基催化剂在催化氧化煤层气制取甲醇反应中的应用，其特征在于：所述钯基催化剂中钯源采用浸渍法引入，具体的制备方法包括以下步骤：取异丙醇和异丙醇钛溶于乙醇酸溶液中，搅拌，溶液升温后继续搅拌至透...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文志，李存朔，王立群，
申请(专利权)人：合肥智慧环境研究院，
类型：发明
国别省市：