【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体来说，是涉及一种硅酸铜负载pt的催化剂前驱体转变为高温耐烧结单原子合金催化剂及其制备方法和该催化剂在低链烷烃无氧脱氢至烯烃中的应用(以丙烷无氧脱氢制丙烯为例)。
技术介绍
1、丙烯是当今世界最重要的石油化工基石原料之一，其可以大规模生产各种高价值化学品和中间体(如聚合物和含氧化合物)，如三大合成材料(塑料、合成橡胶和合成纤维)、聚丙烯、环氧丙烷等。但是，丙烯就像氢气分子一样，由于其反应能力强而不能作为一种自然资源而单独出现，因此丙烯必须由其他原料合成制备出来，这些原料几乎完全来自于化石燃料(石油、煤、天然气)。迄今为止，丙烯主要通过炼油厂生产，如石脑油、柴油或其他石油副产品的蒸汽裂解(sc)和流化催化裂化(fcc)。但是，这些工艺是为生产其他产品而开发的，例如芳烃和汽油，导致这些工艺对丙烯的选择性较低。在过去的几十年中，在多种技术和经济驱动下，上世纪70-90年代塑料生产的繁荣伴随着石油价格的提高，导致传统丙烯生产工艺从规模和经济角度来看无法满足未来大规模的需求。同时，21世纪初的水力压裂技术的出现可以生产廉价的页岩气，推动了具有更高丙烯选择性的专产丙烯技术工业化的发展，如丙烷无氧脱氢(pdh)、甲醇制丙烯(mtp)等。特别是pdh技术，其产量从2010年的500万吨(占总量的5％)，增长到2020年的1350万吨(占总量的12％)。同时，用于专门生产烯烃的其他技术，如甲醇制烯烃(mto)和烯烃转化技术(oct)也经历了类似的发展(每种技术约占当前产量的5％)。
2、丙烷无氧脱氢(pdh)作
3、作为多相催化剂发展主流的负载型金属纳米颗粒催化剂，广泛用于各种现代化学工业催化反应和以燃料电池为代表的清洁能源技术等领域。在多相催化反应过程中，催化系统的表现与直接影响催化活性位点比表面积的金属纳米颗粒的尺寸、颗粒表面不同类型的原子比例和纳米颗粒与载体相互作用的强度有关。负责催化反应的纳米颗粒往往会因为长时间处于较高的反应温度下而发生烧结(烧结机制为粒子迁移聚集或者奥氏熟化)，从而导致催化剂的失活。以丙烷脱氢反应为典型代表的高温催化反应，往往需要达到550-620℃的反应温度才能克服丙烷无氧脱氢的能量壁垒(δh298k＝124.3kj/g·mol)，从而达到一个较为理想的丙烯生成速率。因此，无论是从学术角度还是实际化工生产角度来说，提高负载着纳米颗粒的催化剂的抗烧结能力是十分重要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，着重解决的是现有ptcu单原子合金催化剂在高温丙烷脱氢反应过程中因铜塔曼温度过低而导致的烧结失活的技术问题，提供了一种硅酸铜负载pt的催化剂前驱体转变为高温耐烧结单原子合金催化剂及其制备方法和该催化剂在丙烷脱氢中的应用，该催化剂具有在高温丙烷脱氢反应过程中高活性、高稳定性、极低贵金属含量，单原子合金纳米颗粒不易烧结，能够稳定丙烯收率。
2、本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
3、一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂，以硅酸铜为载体，以硅酸铜的质量为100％，金属铂的质量百分含量为0.025-0.15％，cu的质量百分数为7—10％，负载pt的硅酸铜作前体在580-780℃下进行氢气预还原处理，部分或者全部铜从硅酸铜骨架中还原析出形成铜纳米颗粒，并且pt原子以单原子的形式高度分散在铜纳米颗粒表面形成ptcu单原子合金纳米颗粒，而ptcu单原子合金纳米颗粒则负载在载体上(即层状sio2载体)。
4、优选地，以催化剂中硅酸铜载体质量为基准，pt的质量百分含量为0.1—0.15％，cu的质量百分含量为7％。
5、优选地，在650—680℃下进行氢气预还原处理。
6、上述催化剂的制备方法，按照下述步骤进行：
7、步骤1，将硅酸铜置于金属铂前驱体溶液中进行浸渍，以将金属铂负载到硅酸铜上；
8、在步骤1中，金属铂前驱体溶液为氯铂酸。
9、在步骤1中，将金属铂前驱体溶液浸渍到硅酸铜粉末中，在室温20—25摄氏度下静置10—12h，随后将其在60-90℃中干燥6-18小时。
10、步骤2，将经过步骤1处理的硅酸铜进行预还原，以得到硅酸铜负载pt的耐烧结单原子合金催化剂；采用氢气氛围，预还原温度为580-780℃。
11、在步骤2中，预还原采用管式反应器或者固定床反应器进行。
12、在步骤2中，预还原温度为650—680℃。
13、在步骤2中，维持预还原处理温度0.5-5h，以取得预还原效果，优选1—3小时。
14、在步骤2中，首先通入惰性保护气体(如氮气、氦气或者氩气)，升温至预还原温度，再通入氢气并维持预还原温度，进行预还原；升温速度为每分钟5—10摄氏度。
15、本专利技术的催化剂在丙烷脱氢制丙烯中的应用，即一种丙烷脱氢制丙烯的方法，该方法采用上述硅酸铜负载pt的ptcu单原子合金催化剂，按照以下步骤进行：
16、(1)将所述硅酸铜负载pt的ptcu单原子合金催化剂压片为颗粒状催化剂，选用目数大小为20-40目；
17、(2)将所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂，其特征在于，以硅酸铜的质量为100％，金属铂的质量百分含量为0.025-0.15％，Cu的质量百分数为7—10％，负载Pt的硅酸铜作前体在580-780℃下进行氢气预还原处理，铜纳米颗粒从硅酸铜骨架中还原析出，并且Pt原子以单原子的形式高度分散在铜纳米颗粒表面形成PtCu单原子合金纳米颗粒，而PtCu单原子合金纳米颗粒则负载在载体上。
2.根据权利要求1所述的一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂，其特征在于，以催化剂中硅酸铜质量为基准，Pt的质量百分含量为0.1—0.15％，Cu的质量百分含量为7％。
3.根据权利要求1或者2所述的一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂，其特征在于，在650—680℃下进行氢气预还原处理。
4.一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
5.根据权利要求4所述的一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：在步骤1中，金属铂前驱体溶液为氯铂酸。
6.根据权利要求4所述的一种硅酸铜负
7.根据权利要求4所述的一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：在步骤2中，维持预还原处理温度0.5-5h，优选1—3小时。
8.根据权利要求4所述的一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：在步骤2中，首先通入惰性保护气体(如氮气、氦气或者氩气)，升温至预还原温度，再通入氢气并维持预还原温度，进行预还原；升温速度为每分钟5—10摄氏度。
9.如权利要求1—3之一所述的一种硅酸铜负载Pt的单原子合金催化剂在丙烷脱氢制丙烯中的应用，其特征在于，在装填入反应器之后，首先进行氢气预处理还原，再进行丙烷脱氢反应，预处理还原温度为580-780℃，优选为650—680℃。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，反应温度为520-600℃，以氢气和丙烷的混合气体为原料，氢气和丙烷的摩尔比为0-2，优选两者为1:1，氮气为平衡气，保持总气速不变，基于丙烷的反应空速为1-5h-1，优选为4.5—4.7h-1。
...【技术特征摘要】
1.一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂，其特征在于，以硅酸铜的质量为100％，金属铂的质量百分含量为0.025-0.15％，cu的质量百分数为7—10％，负载pt的硅酸铜作前体在580-780℃下进行氢气预还原处理，铜纳米颗粒从硅酸铜骨架中还原析出，并且pt原子以单原子的形式高度分散在铜纳米颗粒表面形成ptcu单原子合金纳米颗粒，而ptcu单原子合金纳米颗粒则负载在载体上。
2.根据权利要求1所述的一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂，其特征在于，以催化剂中硅酸铜质量为基准，pt的质量百分含量为0.1—0.15％，cu的质量百分含量为7％。
3.根据权利要求1或者2所述的一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂，其特征在于，在650—680℃下进行氢气预还原处理。
4.一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
5.根据权利要求4所述的一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：在步骤1中，金属铂前驱体溶液为氯铂酸。
6.根据权利要求4所述的一种硅酸铜负载pt的单原子合金催化剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：巩金龙，刘霄鹤，赵志坚，孙国栋，裴春雷，马新宾，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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