[发明专利]三元层状MAX相陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了三元层状MAX相陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用，所述三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的制备方法包括以下过程：在氟化剂的作用下，MAX相陶瓷材料中的A原子层被氟化，制得所述三元层状MAX相陶瓷材料催化剂；其中，所述MAX相陶瓷材料为Ti₃AlC₂、Cr₂AlC、V₂AlC、Nb₂AlC中的至少一种。本发明方法制备三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的周期短、且操作简单，所制备的催化剂为具有三元层状的过渡金属催化剂，其在含氟烷烃脱HF制备含氟烯烃反应中具有良好的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及三元层状MAX相陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

MAX相陶瓷是一类三元层状化合物，其中M代表一类过渡金属元素，A代表ⅢA或ⅣA族元素，X代表C或N元素；根据n值的不同，可以将MAX相陶瓷分为211相、312相和413相等。MAX相陶瓷兼具了金属和陶瓷的优异性能，除具备类似于金属导电导热、可机械加工、抗损伤容限高和抗热震性能优良等特点外，还具备类似于陶瓷高模量、耐高温、抗氧化和耐腐蚀等优异特性。在MAX的晶体结构中，M-X键主要是共价键与离子键，结合键的强度很高；M-A键及A-A键有较多的金属键成分，相对较弱。因此，MAX相陶瓷的A原子层反应活性也最高。

由于在制冷剂、灭火剂和发泡剂等行业所广泛使用的含氟烷烃(HFCs)对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，因此生产零臭氧损耗潜势(ODP)和低全球变暖潜势(GWP)的氢氟烃已成为目前国际上越来越重要的课题。由含氟烷烃特别是氢氟烷烃脱HF来制备含氟烯烃是最直接最简便的制备工艺。如1,1-二氟乙烷和1,1,1,3,3-五氟丙烷脱HF生成氟乙烯、1,1,1,3-四氟丙烯等，这些氢氟烯烃均具有零ODP值和低的GWP值。因此对于含氟烷烃脱氟化氢的工艺研究十分重要。但就目前来看，常见的用于催化含氟烷烃脱HF来制备含氟烯烃的催化剂具有失活快、容易积碳，含氟烷烃转化率低，含氟烯烃选择性低等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供三元层状MAX相陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用。本发明方法制备三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的周期短、且操作简单，所制备的催化剂为具有三元层状的过渡金属催化剂。所述三元层状MAX相陶瓷材料催化剂，在含氟烷烃脱HF制备含氟烯烃反应中具有良好的催化活性和稳定性。

所述的一种三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于在氟化剂的作用下，MAX相陶瓷材料中的A原子层被氟化，制得所述三元层状MAX相陶瓷材料催化剂；其中，所述MAX相陶瓷材料为Ti₃AlC₂、Cr₂AlC、V₂AlC、Nb₂AlC中的至少一种。

所述的一种三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：在以α-Al₂O₃为材质的管式炉中放入MAX相陶瓷材料，通入氟化剂气体，在200～350℃下焙烧3～5h，然后将管式炉内的气氛切换为N₂直至自然降温至室温，即制得所述三元层状MAX相陶瓷材料催化剂；其中，所述氟化剂为CHFCl₂或CHClF₂。

所述的一种三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：将氟化剂固体与MAX相陶瓷材料混合并置于球磨罐中进行球磨，球磨转速为200～400r/min，球磨时间为1～4h，球磨后的混合物填装到以α-Al₂O₃为材质的管式炉中，在氮气气氛下进行高温焙烧，即制得所述三元层状MAX相陶瓷材料催化剂。

所述的一种三元层状MAX相陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于所述氟化剂与MAX相陶瓷材料的摩尔比为1:1～3:1。