[发明专利]一种利用硝酸蒸汽对碳材料负载的金属颗粒催化剂进行重新再分散的方法

说明书

本发明公开了一种利用硝酸蒸汽对碳材料负载的金属颗粒催化剂进行重新再分散的方法，属于负载纳米颗粒催化剂技术领域。该方法是将浓硝酸以及碳材料负载的钯催化剂放置于水热釜中，浓硝酸和催化剂粉末不发生接触。将水热釜密封，放置于烘箱中进行加热。这种方法可以非常有效地将长大后的钯纳米颗粒分散至小于1纳米，而且再分散后的钯纳米颗粒非常均匀。另外，这种方法操作简单、方便。更重要的是钯和碳载体在处理过程中近乎没有任何损失。

技术领域

本发明涉及负载纳米颗粒催化剂技术领域，具体涉及一种利用硝酸蒸汽对碳材料负载的金属颗粒催化剂进行重新再分散的方法，该方法为对长大的金属颗粒进行重新再分散的一种方法。

背景技术

催化剂失活是催化领域内不可避免的问题。在负载纳米颗粒催化剂中，在催化反应过程中纳米颗粒的长大是导致催化剂失活的主要原因之一。金属颗粒的长大使得其比表面积降低，能与反应物接触的活性中心减少，从而导致催化剂活性的降低，甚至完全失活。为了提高金属催化剂，尤其是贵金属催化剂的使用效率，要考虑对长大后的金属颗粒进行再分散使其活性恢复。目前对长大后的金属颗粒进行重新再分散的方法主要有三种[Morgan,K.；Goguet,A.；Hardacre,C.,ACS Catalysis 2015,3430-3445]：1.在氧化性气氛中(一般为氧气)，高温下(大于400度)对金属颗粒进行再分散，然后在还原性气氛中对分散后的催化剂进行还原[Adamiec,J.；Szymura,J.A.；Wanke,S.E.,Sintering,Eds.Elsevier:1993；Vol.Volume75,pp 1405-1418]；这种方法对于载体为碳材料的催化剂不适用。2.氯氧化法，即用含有氯的氧化性气氛对催化剂进行处理[Galisteo,F.C.Mariscal,R.；et al.,Applied Catalysis B:Environmental 2005,59(3–4),227-233]，该种方法同样不适用于载体为碳材料的催化剂，而且氯对金属催化剂有毒化作用。3.用卤代烃对催化剂进行再分散[Morgan,K.；Burch,R.；et al.,Catalysis Science&Technology 2014,4(3),729-737]，这种方法所采用的温度相对较低，且没有氧化性气氛，适用于碳材料做载体的催化剂，但是所使用的大部分卤代烃具有毒性，而且金属容易流失，另外卤代烃不易从金属表面脱附，造成对催化剂的毒化，不适合实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用硝酸蒸汽对碳材料负载的金属颗粒催化剂进行重新再分散的方法。这种方法操作简单易行，在较低的温度下就可以实现对金属颗粒的重新分散，而且载体碳材料以及金属催化剂几乎没有任何损失。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用硝酸蒸汽对碳材料负载的金属颗粒催化剂进行重新再分散的方法，该方法是在密封体系中利用硝酸蒸汽对所述碳材料负载的金属颗粒催化剂进行处理，从而使金属颗粒催化剂进行重新再分散；所述硝酸蒸汽是浓硝酸经加热挥发分解产生；该方法具体包括如下步骤：

(1)将碳材料负载的金属颗粒催化剂放入一个杯底带有砂芯的石英杯中，将该石英杯放于装有浓硝酸的聚四氟乙烯内衬中，密封内衬；

(2)将密封好的内衬放入水热釜中，将水热釜密封，然后放入60-200℃(优选80-120℃)的烘箱中，0.5-12h(优选1-6h)后取出，冷却；

(3)将经步骤(2)处理后的碳材料负载的金属颗粒催化剂取出，放在80-120℃烘箱中干燥4-6h；

(4)将干燥完后的催化剂在200℃下用氢气还原1-2h，即获得重新再分散后的碳材料负载的金属颗粒催化剂。

上述步骤(1)中，所述金属颗粒催化剂优选为钯催化剂，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管。