[发明专利]纳米金属负载型分子筛催化剂的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于无机化学与催化化学领域，涉及一种金属负载型分子筛催化剂的制备方法，负载的纳米金属颗粒大小、组成、晶相均可同时控制。

背景技术

人们最早发现天然沸石是在1756年，直到19世纪中叶人们才对天然沸石的微孔性质及其在吸附、离子交换等方面的性能有了进一步的认识。然而直到20世纪40年代，以Barrer R M为首的沸石化学家，才成功地模仿天然沸石的生成环境，在水热条件下合成出首批低硅铝比的沸石分子筛，为21世纪分子筛工业与科学的大踏步发展奠定了科学的基础。多孔化合物与以多孔化合物为主体的多孔材料，它们的共同特征是具有规则而均匀的孔道结构，其中包括孔道与窗口的大小尺寸和形状。人们[D. H. Everett, Pure Appl. Chem, 1972, 31: 578-680.]把孔道的尺寸范围在2nm以下的物质称为微孔分子筛；孔道尺寸范围在2~50nm间的物质称为介孔分子筛；孔道尺寸大于50nm的物质属于大孔分子筛。微孔分子筛大量应用于石油炼制与加工中的催化工程[D. W. Breck, New York: Wiley, 1974. 1-784.]，诸如应用于碳氢化合物的裂解、烷基化、加氢裂解、异构化，其次它们被大量应用于吸附与分离过程，如天然气、裂解气等的干燥、脱CO₂、脱硫等净化领域以及作为主要成分应用于洗涤剂工业。但是由于其孔径的原因，限制其在催化反应的应用[A. Corma, Chem. Rev. 97, (1997), 2373.]。故人们不断地在寻找改善其孔径大小的方法。

1992年Mobil[C. T. Kresge, M. E. Leonowicz, W. J. Roth, Naure, 1992, 359(6397): 710-712.]公司首次使用烷基季铵盐阳离子表面活性剂为模板剂成功合成了介孔分子筛MCM-41系列，这类具有规则介孔孔道的分子筛材料有利于大分子的吸附和扩散[D. Zhao, J. Feng, Q. Huo, Science. 1998. 279:548.]，在催化、膜分离技术以及分子工程等方面具有广阔前景。介孔材料在催化领域已有广泛的应用，如今已在石油加工过程、精细化学品的转换、特别是有大分子参加的催化反应中显示出特别优异的催化性能。在石油加工中，传统催化材料一般为微孔分子筛，如Y型、ZSM-5型分子筛。但是，随着石油资源在世界范围的日益枯竭和原油中重油成分的逐渐加大，传统的微孔分子筛催化材料由于孔径较小，重油分子不能进入孔道，从而限制了催化反应的进行。有序介孔材料则提供了介孔的孔道结构，这对于重油分子的催化转化提供了一个很好的机遇[A. Corma, Chem. Rev. 97, (1997), 2373.]。但是介孔材料同微孔沸石材料相比，较低的水热稳定性、较弱的酸强度以及其制备成本高等原因限制了其在催化方面的应用。鉴于石油化工和精细化工的需求，很多研究致力于寻找一种结合微孔沸石材料和介孔材料二者优点的新材料，既具有高水热稳定性和较高酸强度又包含有较大孔径，可在催化领域得到较大应用。

非均相催化剂广泛应用于化工制造工艺，如：石油化工，能源生产，塑料，合成纤维，聚合物，制药及农业产品等。此外，非均相催化剂也是一种广泛应用在环境保护领域的技术（如：三元尾气催化净化技术，SCR脱硝催化技术，光催化剂废水技术）。非均相催化反应是由1至100nm尺寸的单一金属、合金及金属氧化物活性成分均匀分散在高表面积的催化载体上参与的催化过程。活性组分的大小很大程度上影响催化反应的过程。当2~3 nm[D. Thompson, Gold Bull, Science. 1998, 281, 1647-1650.]尺寸的Au颗粒均匀分散在催化载体时，显著提高了催化性能。

非均相催化剂的反应通常涉及原子与分子的相互作用。催化剂中的活性位（金属或金属氧化物粒子）往往负载于高度多孔和水热稳定性较高的载体。而在非均相催化中，最引人注目的就是沸石分子筛。它因其独特的择形催化能力被广泛应用于催化剂[B. E. Salisbury, Chem. Phys. 2000, 262, 131-141.]。沸石分子筛通过其自身特有的通道，孔径，笼结构来扩散反应物分子及生成物分子。