一种分级结构氧化铝及其催化应用制造技术

本发明专利技术公开了一种分级结构氧化铝负载催化剂及其应用。所述的分级结构氧化铝负载催化剂由分级结构氧化铝载体和催化剂活性组分构成；所述分级结构氧化铝负载催化剂中分级结构氧化铝载体与催化剂活性组分的重量比为2000∶1-2∶1。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制造和化工应用领域，具体涉及分级结构氧化铝负载催化剂及其应用。
技术介绍
分级结构的材料由于具有纳米尺度的粒子初级结构和微米尺度的颗粒整体结构， 使得材料在保持原有的纳米特性外，还具备结构有序、性能可控等优点，并克服了纳米材料回收困难的缺点，因此近年来，研究和制备分级结构材料尤其是分级结构金属氧化物的热情越来越高，这些材料在吸附、催化、能源、环境、医药和生物技术等领域的应用也越来越广泛。氧化铝材料具有发达的孔道结构、良好的化学稳定性和热稳定性，被广泛用作催化剂载体和吸附材料。随着材料科学的发展，具有特定形貌的氧化铝也相继被成功开发。 特定形貌氧化铝具有独特的孔道结构和表面性质，显示出比普通氧化铝更加优越的吸附和催化性能。分级结构氧化铝是一类由纳米氧化铝粒子规则堆积形成的具有微米尺度的粉末颗粒材料，能够将粉末氧化铝的一般性能和纳米尺度的特殊性能结合起来，因此，人们对分级结构氧化铝的制备较为关注，并已合成出多种结构形状。如Kuang等J. Mater. Chem.， 2003，13 :660-662利用模板法制备出了分级结构氧化铝纳米管；^iang等J. Phys. Chem. C. ,2008,112 :16764-16768采用微波辅助溶剂热法合成了分级结构球状氧化铝；Cai等 [J. Mater. Chem.，2010，20 :4587_4594采用水热法合成出了分级结构纺锤状氧化铝并研究了其吸附性能。汤睿等无机化学学报，2011，27 :251-258采用溶剂热过程制备出了分级结构花状氧化铝，比表面积高达^3m2/g。中国专利200710043985. 6公开了一种分级多孔氧化铝纳米绝热材料的制备方法，采用生物模板合成技术，可对氧化铝纳米材料的晶粒大小、 微观组织结构进行有效调控。然而，目前有关将分级结构氧化铝作为载体制备催化剂并应用于反应过程的报道很少，特别是应用于丙烯中氢选择性催化氧化反应的还未见报道。将丙烯气体中存在的氢通过高温下选择性催化氧化的方式除去，这是目前丙烷脱氢制丙烯工艺流程的一部分。催化剂一般用普通氧化铝作为载体，但由于存在严重的内扩散影响，催化剂选择性不高，寿命很短。因此本领域迫切需要提供一种具有高效催化能力的分级结构氧化铝负载催化剂。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种分级结构氧化铝负载催化剂。本专利技术还要提供分级结构氧化铝负载催化剂的制备方法和用途。在本专利技术的第一方面，提供了一种分级结构氧化铝负载催化剂，所述的分级结构氧化铝负载催化剂由分级结构氧化铝载体和催化剂活性组分构成；所述分级结构氧化铝负载催化剂中分级结构氧化铝载体与催化剂活性组分的重量比为2000 1-2 1;较佳地，分级结构氧化铝载体与催化剂活性组分的重量比为1000 1-10 1。在上述分级结构氧化铝负载催化剂中，所述的催化剂活性组分选自下述的一种或一种以上Pt系金属、其它过渡金属及其氧化物、P区金属及其氧化物、或碱金属氧化物。在上述分级结构氧化铝负载催化剂中，所述的分级结构氧化铝载体由厚度为纳米的叶片堆积成的微米级簇状物，呈花状结构，N2吸脱附等温线呈H3型，比表面积为 100-350m2/g，晶相为γ型，粉末堆积密度为0. 01-0. lOg/cm3。在另一优选例中，本专利技术提供的分级结构氧化铝载体的扫描电子显微镜照片如图 1所示。在本专利技术的第二方面，提供了一种如上所述的本专利技术提供的分级结构氧化铝负载催化剂的制备方法，所述的方法包括步骤将活性组分沉积在分级结构氧化铝载体表面上。较佳地，所述的方法包括步骤(1)将催化剂活性组分前驱体和水混合得到含有所述前驱体的溶液；(2)将步骤(1)得到的含有所述前驱体的溶液滴加到分级结构氧化铝上，使氧化铝完全润湿，得到样品；和(3)使步骤(2)得到的样品干燥脱水后在高温炉中进行煅烧，冷却后得到如上所述的本专利技术提供的分级结构氧化铝负载催化剂。在上述方法中，所述的催化剂活性组分前驱体选自易溶的金属卤化物、或金属硝酸盐。在本专利技术的第三方面，提供了一种如上所述的本专利技术提供的分级结构氧化铝负载催化剂的用途，用于丙烯中氢的选择性催化氧化过程。在本专利技术的第四方面，提供了一种丙烯中氢选择性氧化的方法，所述的方法包括步骤在装填有如上所述的本专利技术提供的分级结构氧化铝负载催化剂的固定床反应器中， 在丙烯氢气氧气摩尔含量为1-10% 1-10% 0.5-5%，余量气体为氮气的条件下进行催化氧化反应。据此，本专利技术提供一种具有高效催化能力的分级结构氧化铝负载催化剂。 附图说明图1是分级结构氧化铝的扫描电子显微镜照片。图2是普通氧化铝的扫描电子显微镜照片。图3是分级结构氧化铝与普通氧化铝的队吸脱附等温线。具体实施例方式专利技术人在关于分级结构材料的研究中发现，一种分级结构氧化铝负载催化剂是一种新型的功能化和结构化催化剂，具有催化性能稳定、反应选择性高的特点，尤其适用于内扩散严重的催化反应，可延长催化剂寿命。在此基础上，完成了本专利技术。本专利技术提供了一种分级结构氧化铝负载催化剂，所述的催化剂由分级结构氧化铝载体和催化剂活性组分组成，催化剂中分级结构氧化铝载体与催化剂活性组分的重量比为 2000 1-2 1 ；较佳地为 1000 1-10 1。分级结构氧化铝载体是有厚度为纳米的叶片堆积成的微米级簇状物，呈花状结构，队吸脱附等温线呈H3型，比表面积为100-350m2/g，晶相为、型，粉末堆积密度为 0. 01-0. lOg/cm3。催化剂活性组分例如但不限于Pt系金属、其它过渡金属及其氧化物、P区金属及其氧化物、碱金属氧化物。本专利技术的分级结构氧化铝其表面积大，晶相为Y型，根据本领域熟知的常识，这种氧化铝可以用作催化剂的载体。本专利技术的分级结构氧化铝和也可以作为催化剂的载体的普通氧化铝最大的区别是微观结构。微观结构的表征最常用和直观的方法就是电镜观察，图1和2表明两者有显著的区别。材料的孔结构，包括孔性质、比表面积等实际上是由其微观结构决定的。附图3显示了本专利技术提供的分级结构氧化铝与也可以作为催化剂的载体的普通氧化铝的N2吸脱附等温线，两者分别呈H3和H2型，表明本专利技术提供的分级结构氧化铝孔结构具有开放狭缝结构(由薄片堆积形成)，而普通氧化铝是半封闭的墨水瓶结构(由颗粒不规则团聚形成)， 这与电镜观察到的情况是吻合的。针对普通氧化铝载体微观结构不易控制，孔口狭小闭塞，不利于反应物扩散，造成所负载催化剂性能稳定性较差、选择性不高的缺点，本专利技术提供了一类以分级结构氧化铝为载体的负载型催化剂，可应用于各类以氧化铝为载体的催化反应体系，特别适用于丙烯中氢的选择性催化氧化反应。定义如本专利技术所用，“分级结构氧化铝”或“分级结构氧化铝载体”可以互换使用，都是指一类由纳米氧化铝粒子规则堆积形成的具有微米尺度的粉末颗粒材料。较佳地，所述分级结构氧化铝由厚度为纳米的叶片堆积成的微米级簇状物，呈花状结构(其扫描电子显微镜照片见附图1)，N2吸脱附等温线呈H3型(见附图3)，具开放性孔结构，比表面积为 100-350m2/g，晶相为γ型，粉末堆积密度为0.01-0. lOg/cm3，可以采用文献汤睿等，无机化学学报，2011，27:251-258报道的方法合成。如本专利技术所用，"N2吸脱附等温线”是指用本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种分级结构氧化铝负载催化剂，其特征在于，所述的分级结构氧化铝负载催化剂由分级结构氧化铝载体和催化剂活性组分构成；所述分级结构氧化铝负载催化剂中分级结构氧化铝载体与催化剂活性组分的重量比为２０００∶１－２∶１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李平，刘瑞丹，汤睿，熊婷，徐悦，周兴贵，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31