[发明专利]一种用于甲烷选择性氧化的非金属催化剂、其优化方法及应用

权利要求书

1.一种用于甲烷选择性氧化的非金属催化剂，其特征在于，所述的非金属催化剂包括六方氮化硼、立方氮化硼、菱方氮化硼、磷酸硼和磷化硼，通过表面官能化处理，优化非金属催化剂的表面结构，通过XPS确定其官能化特征基团；

六方氮化硼催化剂通过XRD衍射峰位置确定氮化硼晶体结构，2θ＝26.8、41.6、43.7、54.9处分别为六方氮化硼002、100、101、004晶面的特征峰；

立方氮化硼催化剂通过XRD衍射峰位置确定氮化硼晶体结构，2θ＝43.3、50.4、74.1、89.9处分别为六方氮化硼101、004、110、112晶面的特征峰；

菱方氮化硼催化剂通过XRD衍射峰位置确定氮化硼晶体结构，2θ＝26.7、42.6、45.6、55.1、75.9处分别为六方氮化硼002、100、101、004、110晶面的特征峰；

磷化硼催化剂通过XRD衍射峰位置确定磷化硼晶体结构，2θ＝34.2、39.7、57.4、68.5处分别为磷化硼111、200、220、311晶面的特征峰；

磷酸硼催化剂通过XRD衍射峰位置确定磷酸硼晶体结构，2θ＝24.5、40.0、48.9、63.7处分别为六方氮化硼101、112、211、213晶面的特征峰。

2.一种用于甲烷选择性氧化的非金属催化剂的优化方法，其特征在于，步骤如下：

a)球磨处理：非金属催化剂室温球磨4～12h，气氛为空气、氮气、氩气或氦气；

b)氧化处理：非金属催化剂在空气或氧气氛围中，500～750℃温度条件下处理1～6h；

c)活化处理：步骤b)所述催化剂进行活化，提供两种活化方式：

Ⅰ)在25～100℃温度条件下，将步骤b)得到的非金属催化剂用双氧水处理4～24h；或在20～90℃温度条件下，将步骤b)预处理得到的非金属催化剂用硝酸回流处理1～4h；

Ⅱ)在步骤b)得到的非金属催化剂表面，负载质量分数为0.5～5wt％的钠盐或钾盐，活化1～12h；

d)纯化处理：将步骤c)活化后的非金属催化剂用无机酸、氨水或去离子水洗涤，去掉非金属催化剂存在的杂质以及处理过程中引入的杂质。

3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，步骤Ⅰ)中活化所用的气氛为湿空气、氢氧混合气或反应气。

4.一种权利要求1所述的非金属催化剂在甲烷选择性氧化反应中的应用，其特征在于，步骤如下：

以甲烷和氧气为原料，反应温度600～800℃，常压下反应，混合气体积空速为5000～40000h^-1，进行催化氧化反应；

产物分析采用气相色谱仪，其条件：5A分子筛；Porapak Q 2柱；TCD检测器；COx加氢转化炉。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的原料用氮气、氩气或氦气稀释。