[发明专利]具有烃脱氢催化作用的催化剂及其制备方法和应用以及烃脱氢反应方法

说明书

具有烃脱氢催化作用的催化剂及其制备方法和应用以及烃脱氢反应方法。本发明公开了一种具有烃脱氢催化作用的催化剂，该催化剂含有纳米碳材料和无机氧化物，至少部分无机氧化物包覆在所述纳米碳材料的至少部分表面，所述无机氧化物含有至少一种基础氧化物和至少一种金属氧化物，所述基础氧化物选自氧化硅、氧化铝和氧化钛，所述金属氧化物中的金属元素选自第IA族金属元素、第IIA族金属元素和过渡金属元素。根据本发明的催化剂不仅具有较高的抗破碎强度，而且具有较高的孔隙率，适于作为催化剂、特别是烃脱氢反应的催化剂使用。

技术领域

本发明涉及一种用于烃脱氢催化反应的催化剂及其制备方法和应用，本发明还涉及一种烃脱氢反应方法。

背景技术

烃类物质的脱氢反应是一类重要的反应类型，例如大部分低碳链烯烃是通过低碳链烷烃的脱氢反应而获得的。脱氢反应根据氧气是否参与可以划分为直接脱氢反应(即，氧气不参与)和氧化脱氢反应(即，氧气参与)两类。

多种类型的纳米碳材料已被证明对烃类物质的直接脱氢反应和氧化脱氢反应均具有催化效果。

以纳米碳材料作为催化剂的烃氧化脱氢工艺如采用固定床反应工艺，需将纳米碳材料成型，成型体需要满足以下两个方面的要求：(1)具有一定的强度，以避免在反应过程中成型体发生破碎，一方面破碎形成的细颗粒或粉末会导致催化剂床层压降升高，从而提高生产运行成本，增加生产的危险性；另一方面破碎形成的细颗粒或粉末若被反应产物带出，会导致催化剂流失以及产物分离复杂化；(2)具有一定的孔隙率，以提高成型体的比表面积，使得成型体中的纳米碳材料能更充分地与反应物料进行接触。

作为将纳米碳材料成型的一个实例，研究人员尝试将碳纳米管(CNT)负载在SiC泡沫的表面，形成CNT/SiC泡沫。尽管CNT能较好地锚定在SiC泡沫表面，但是CNT的负载量较低，通常只能达到0.5-4重量％。

因此，如何将纳米碳材料成型为在宽泛的纳米碳材料含量范围内仍然具有较高的强度的成型体仍然是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有烃脱氢催化作用的催化剂及其制备方法，该具有烃脱氢催化作用的催化剂不仅具有较高的强度，而且纳米碳材料的含量能在较宽的范围进行调节。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种具有烃脱氢催化作用的催化剂，该催化剂含有纳米碳材料和无机氧化物，至少部分无机氧化物包覆在所述纳米碳材料的至少部分表面，所述无机氧化物含有至少一种基础氧化物和至少一种金属氧化物，所述基础氧化物选自氧化硅、氧化铝和氧化钛，所述金属氧化物中的金属元素选自第IA族金属元素、第IIA族金属元素和过渡金属元素。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种具有烃脱氢催化作用的催化剂的制备方法，该方法包括将纳米碳材料在一种水分散液中进行水热处理，将水热处理得到的浆料进行干燥以及可选的焙烧，所述水分散液含有基础氧化物源、至少一种金属氧化物源以及可选的至少一种处理剂，所述处理剂选自有机碱和过氧化物，所述基础氧化物源选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化硅的前身物、氧化铝的前身物以及氧化钛的前身物，所述金属氧化物中的金属元素选自第IA族金属元素、第IIA族金属元素和过渡金属元素，所述金属氧化物源选自含有所述金属元素的氧化物和含有金属氧化物的前身物。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种由本发明第二个方面所述的方法制备的催化剂。

根据本发明的第四个方面，本发明提供了本发明第一个方面和第三个方面所述的催化剂作为烃脱氢反应的催化剂的应用。

根据本发明的第五个方面，本发明提供了一种烃脱氢反应方法，该方法包括在存在或不存在氧气的条件下，在烃脱氢反应条件下，将烃与本发明第一个方面和第三个方面所述的催化剂接触。

根据本发明的催化剂不仅具有较高的抗破碎强度，而且具有较高的孔隙率，适于作为催化剂、特别是烃脱氢反应的催化剂使用。