[发明专利]双壳核壳结构金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于催化技术领域，涉及一种核壳结构金属催化剂及其制备方法。催化剂由外向内包括氧化物壳层、碳壳层和金属核，氧化物壳层和碳壳层上有介孔分布。制备过程为，配制可溶性金属盐溶液，将表面活性剂加入到金属盐溶液中并扰动，得到表面活性剂的胶束溶液；在扰动、并控制pH值条件下，向胶束溶液中加入氧化物壳层前驱体可溶性盐溶液和沉淀剂溶液，过滤后干燥、惰性气氛焙烧、成型后得到金属@碳‑氧化物双壳核壳结构催化剂。该方法制备的催化剂催化活性高、选择性好，抗积碳性能好，金属流失率低。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种核壳结构金属催化剂及其制备方法。

背景技术

众所周知，催化剂在化工生产中的使用非常普遍，起着举足轻重的作用，催化剂的性能是衡量化工生产整体技术水平的核心要素。催化剂的性能指标主要有活性、选择性稳定性、环保性等等，前三项是主要技术指标。以加氢反应为例，如甲醇合成反应、顺杆加氢制丁内酯、醛酮加氢制醇、选择性加氢反应等，这些反应均为放热反应，除了要求催化剂具有很好的活性和选择性之外，对催化剂的抗热烧结、抗积碳能力有较高的要求。近年来，核壳结构催化剂得到催化研究人员的广泛关注，其限域效应能够阻止金属的烧结，从而达到提高催化剂稳定性的目的。

中国专利CN106179438B公开了一种用于合成气甲烷化反应的金属@BN核-壳结构纳米催化剂及其制备方法，催化剂组成为5-30wt.%Mx@(BN)y/SiO₂，采用在SiO₂表面浸渍金属盐，然后依次在硼化物溶液和氮气中处理，形成表面BN膜，达到对金属的保护作用。

中国专利CN105289710B公开了一种CO₂加氢制异构烷烃的催化剂及其制备方法和应用，通过共沉淀及物理粘结法相结合，制备出以活性金属氧化物为核，沸石分子筛为壳的核壳催化剂。

现有技术制备的核壳结构催化剂大多为但壳结构，其功能比较单一，主要是阻止活性组分的烧结长大。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有两个壳层的核壳结构催化剂及其制备方法，兼具抗活性组分烧结和抗积碳的功能。

本发明的主要特点是利用胶束独特有机结构、腔体的保护作用和热处理后金属在碳中的镶嵌效果，并采用共沉淀法构筑氧化物保护壳层等一系列创造性手段，实现了对金属的保护和抑制积碳形成的目的。

本发明一种双壳核壳结构催化剂及其制备方法，是通过如下技术方案实现的：催化剂由外向内包括氧化物壳层、碳壳层和金属核，氧化物壳层和碳壳层有介孔分布。

一般地，氧化物壳层由氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化硅中的至少一种组成，壳层上最可几孔直径为10~50nm；碳壳层上最可几孔直径为2~40nm。

所述金属核由铜、锌、镍、钯、铂、钌、铑、金、银中的至少一种组成。

所述催化剂的制备方法为，配制可溶性金属盐溶液，将表面活性剂加入到金属盐溶液中并扰动，得到表面活性剂的胶束溶液；在扰动、并控制pH值条件下，向胶束溶液中加入氧化物壳层前驱体可溶性盐溶液和沉淀剂溶液，过滤后干燥、惰性气氛焙烧、成型后得到金属@碳-氧化物双壳核壳结构催化剂。

所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的一种。

表面活性剂加入量为临界胶束浓度的1.2~5倍。

所述pH值控制在7.2~8范围内。

氧化物壳层前驱体可溶盐加入摩尔数为溶液中铜摩尔数的5%~10%。

沉淀过程在30~70℃范围内进行。

所述惰性气氛为氮气、氦气、氩气中的一种，焙烧过程为在300~500℃下维持2h，然后在600~800℃下维持1h。。