[发明专利]一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法

说明书

本发明属于化学工程学科中的反应与分离及节能与环保领域，特别是涉及到一种叠层结构多孔催化炭膜的制备方法。其特征在于通过原料预处理、催化剂层与炭膜前驱体层叠加复合、干燥和热解四个步骤，将催化剂层和炭膜层通过叠加方式复合成一个整体，制备得到兼具催化与分离双重功能的多孔催化炭膜。当反应物料从催化炭膜一侧流经其多孔通道到达另一侧的过程中，同时完成了物料高度分布分散强化传质及在催化炭膜内部完成化学反应过程的双重作用。本发明是制备过程简单、重复性好、机械强度高的催化炭膜的新型膜材料制备技术，有利于提高催化炭膜的反应的转化率、收率与选择性；该技术优化了产品生产工艺，降低了设备和产品成本。

技术领域

本发明属于化学工程学科中的反应与分离及节能与环保领域，特别是涉及到一种具有叠层结构的多孔催化炭膜的制备方法。

背景技术

膜基反应分离过程，是将两个具有截然不同功能的过程（如反应和分离过程）结合在一起(邢卫红, 等. 中国科学:化学, 2014, (9): 1469-1481.；许培援,等. 过滤与分离, 2006, (2): 22-25.)。与传统单一的反应过程或分离过程相比，膜基反应分离过程更为紧凑、投资少，操作费用低，因而受到科学界和工业界越来越多的关注(C. Zhou, et al.Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12678-12682.；熊国兴, 等. 中国发明专利CN1288777, 2001-03-28.；刘朝普, 等. 中国发明专利CN2273620, 1998-02-04.)。膜基反应分离过程（也称为膜反应器过程）在催化反应器的应用领域备受关注。在此反应器系统中，膜分离过程和催化反应相耦合到一个单元设备里，其中膜不仅具有分离功能，且常使得选择性和/或产品收率提高(陈龙祥,等. 现代化工, 2009,(4):87-90.；M. Patrascu, etal, Chem. Eng. J., 2015, 262, 862-874)。常涉及到的反应有脱氢反应、酯化反应、加氢反应、部分氧化或全氧化反应(佘笑梅, 等. 石油炼制与化工, 2015, (8): 66-70.；E.Yu. et al., Catalysis Today, 2014, 236, 64-69；钟依均, 等. 中国发明专利CN1990099, 2007-07-04.；钟依均, 等. 中国发明专利CN1966131, 2007-05-23.)。

由于无机膜具有耐高温性（>100℃）、优良的化学和机械稳定性，使其在膜反应器应用的领域，相对于有机膜显示出更多的优势。特别是多孔的玻璃膜、沸石膜、陶瓷膜和炭膜等，除了其他无机膜的优点外，还具有渗透性高和选择性好等优点，而备受青睐(张雄福,等. 高校化学工程学报, 2001, (2): 121-126.)。但由于常规市售的介孔膜（玻璃膜、陶瓷膜等）对小分子的选择性很差，另外由于成膜技术和质地脆问题难以得到大面积无缺陷的微孔结构沸石膜，所以这些多孔无机膜大都难以有效发挥对小分子的选择性分离作用(Y.Yan, et al., Chem. Eng. J., 2015, 259, 243-251)。因此，很多研究者把目光转移到具有良好成膜性且孔结构易于调控的炭膜(N. Itoh, et al., Catalysis Today, 2000, 56(1), 103-111；E. Kikuchi, Catalysis Today, 2000, 56(1), 97-101；G. Sznejer, etal., Chem. Eng. Sci., 2004, 59(10), 2013-2021)。