[发明专利]一种金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法及甲烷无氧制乙烯的方法

权利要求书

1.一种金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：

所述催化剂为金属元素晶格掺杂于Si基材料中的熔融体无定形材料；

按催化剂的总重量为100%计，金属元素晶格掺杂的催化剂中金属掺杂量应大于10ppm，小于等于1wt.%；

所述的催化剂采用下述固相掺杂技术中的任一一种制备获得：

所述固相掺杂技术包括：改进化学气相沉积法（MCVD）、溶胶-凝胶配合改进的化学气相沉积法（MCVD）法、多孔质Si化合物浸润配合改进的化学气相沉积法（MCVD）法；

改进的化学气相沉积法（MCVD）：在特定温度40~220℃下，将四氯化硅液体和挥发性掺杂金属盐在载气带动下，进入MCVD装置在1400-1650℃进行反应，并气相沉积，随后在熔制温度为1800~2200℃下熔制获得相应金属掺杂的硅基催化剂，然后立即冷却，固化后得催化剂；

溶胶-凝胶配合改进的化学气相沉积（MCVD）法：将四氯化硅液体在载气带动下，进入MCVD装置在1400-1650℃进行反应，并气相沉积，将获得的沉积材料液相浸渍于正硅酸四乙酯（TEOS）和待掺杂金属盐水溶液中进行水解反应，随后在熔制温度为1800~2200℃下熔制获得相应金属掺杂的硅基催化剂，然后立即冷却，固化后得催化剂；

多孔质Si化合物浸润配合改进的化学气相沉积（MCVD）法：将四氯化硅液体在载气带动下，进入MCVD装置在1400-1650℃进行反应，并气相沉积，将获得的多孔质Si化合物液相浸渍于待掺杂金属盐水溶液中，随后在熔制温度为1800~2200℃下熔制获得相应金属掺杂的硅基催化剂，然后立即冷却，固化后得催化剂；所述催化剂中仅包含晶格掺杂的金属元素，表面没有负载金属或金属化合物。

2.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属元素为：锂、钾、镁、钙、锶、钡、锰、镧、铬、钼、钨、铼、铁、钴、镍、锌、锗、镓、金、铂、钌、钯、银中的一种或二种以上。

3.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属元素为：锂、镁、钙、锶、钡、锰、钴、铁、镧、锌、镓、金、银、钯中的一种或二种以上。

4.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述的改进的化学气相沉积法（MCVD）中的金属盐为金属氯化物、C数为1~2的有机醇盐和C数为1~2的有机酸盐中的一种或二种以上。

5.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述的溶胶-凝胶配合改进的化学气相沉积法（MCVD）法、多孔质Si化合物浸润配合改进的化学气相沉积法（MCVD）法中的待掺杂金属盐为可溶性金属氯化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。

6.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述的载气为99.999%的高纯氧。

7.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述溶胶-凝胶配合改进的化学气相沉积（MCVD）法中包括两个重要的步骤即溶胶-凝胶过程和浸渍过程，其中溶胶-凝胶时间6-24小时；溶胶-凝胶温度为50-90℃；溶胶-凝胶pH值1-5，随后的浸渍过程，浸渍时间1-6小时；浸渍温度为室温；浸渍的pH值8-10。

8.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述多孔质Si化合物浸润配合改进的化学气相沉积（MCVD）法中浸渍时间2-16小时；温度为20-50℃；pH值5-8。

9.根据权利要求1所述的金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述的冷却包括气体冷却、水冷却、液氮冷却、油冷却中的一种或二种以上组合。