[发明专利]一种有机气凝胶负载Pd化合物制备Pd/C催化剂的方法及Pd/C催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及利用Pd（钯）化合物制备Pd/C（钯/碳）催化剂的方法及通过该方法制备的Pd/C催化剂。

背景技术

在工业催化剂领域，由于纳米级的贵金属具有较大的比表面积和比活性而受到极大关注，尤其是负载型贵金属催化体系，通过调节金属颗粒剂其分散度提高催化活性。Pd/C催化剂就因其具有较大的比表面积和丰富的表面基团，以及良好的催化活性和化学稳定性，成为工业催化反应最常用的催化剂之一。传统的Pd/C催化剂一般选用具有较高机械强度的椰壳炭为载体，在进行活性组分负载前，需要以以硝酸（HNO₃）为典型代表的溶液为氧化剂对载体进行表面化学改性处理，一方面是脱除载体内的金属杂质，另一方面是丰富载体的表面基团以使活性组分与载体之间形成更强的相互作用，然后经活性组分负载（浸渍法、沉淀法、喷涂法等）、煅烧、还原等步骤制备而成。

但是，在纳米级Pd/C催化剂制备过程中，如何使纳米级的Pd金属颗粒均匀分散于活性炭载体的表面，减少团聚还是一个技术难题。中国专利CN200610047702.0中揭示了一种纳米级Pd/C催化剂的制备方法。其采用先制备表面活性剂的水溶液，然后在该表面活性剂的水溶液中加入预先溶解钯盐溶液，搅拌缓和均匀，然后加入还原剂，使该混合溶液变成黑色溶液，形成表面活性剂稳定的纳米级金属钯胶体溶液，然后通过惰性载体吸附该金属钯胶体溶液，吸附后过滤洗涤得到纳米级Pd/C催化剂。中国专利申请CN201010279915.2中也揭示了一种Pd/C催化剂的制备方法，其通过将氯化钯制成氯化钯水溶液，将活性炭及硫酸加水一起制成活性炭浆液，将氯化钯水溶液和活性炭浆液混合使氯化钯吸附在活性炭上，然后加碱使其氯化钯反应为氢氧化钯，然后加氢还原生成金属钯，然后过滤洗涤形成钯碳催化剂。上述两种钯碳催化剂的制备方法其实都是通过活性炭经过表面活化处理后直接吸附钯金属或钯化合物，其钯金属分散均匀性相对不高。通过该两种方法制备的钯碳催化剂，其钯金属和活性炭之间的作用力小，容易造成钯金属脱落，且活性炭孔径主要以微孔（＜2nm）和少量小中孔（2-5nm）为主，以活性炭直接为载体的钯碳催化剂，其扩散阻力相对较大，容易造成钯金属的团聚。且该两种制备方法中都涉及到使用大量的盐酸或硫酸，在工业化大规模生产催化剂的生产环境中，大量的腐蚀酸会对环境造成污染，不利于环保。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备Pd/C催化剂及制备该Pd/C催化剂的方法。其钯金属分散性高，与载体之间的作用力高，钯金属不易流失，反应时的反应物在孔径中的扩散阻力小。且该制备工艺简化环保。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种有机气凝胶负载Pd化合物制备Pd/C催化剂的方法，其包括如下步骤：1)采用具有初级孔道的有机气凝胶为最终载体炭气凝胶的前驱体，并称取配制的量；2）配制浸渍液，利用等体积浸渍法，确定所需浸渍液的量，并根据有机气凝胶的高温裂解收率及所需Pd金属质量百分比含量确定配制所需Pd金属质量百分比含量的Pd化合物水溶液作为浸渍液；3）浸渍陈化，将有机气凝胶均匀浸渍在Pd化合物水溶液中，室温陈化5~24小时后；4）碳化处理，在惰性气体保护下，将有机气凝胶碳化处理为炭气凝胶，碳化温度600~800 ℃，碳化时间1~5小时；5）还原处理，碳化处理结束后在惰性气体保护下自然降温至100~300 ℃，然后引入还原气体进行还原处理，还原时间2~8小时；还原处理后在惰性气体保护下自然冷却至室温。

优选地，所述有机气凝胶的BET比表面积为100~500 m²/g，孔径分布为2~30nm。

所述的Pd化合物是氯化钯、乙酸钯、硝酸钯、乙酰丙酮钯、四氨基硝酸钯、双（乙腈）氯化钯中的一种或几种。由于浸渍液为水溶液，因此Pd化合物溶于水即可。

所述碳化处理步骤及还原处理步骤均在碳化还原炉中进行。所述惰性气体为氮气。所述还原气体为氢气。

通过上述方法制备的Pd/C催化剂，其质量百分比组成为：Pd金属 1~10%；其余为炭气凝胶。所述炭气凝胶的比表面积≧650nm。所述Pd金属晶粒≤7.1nm。