[发明专利]负载型催化剂及其制法和应用

说明书

本申请公开了一种负载型催化剂，包括载体g‑C₃N₄和负载于载体上的活性金属元素，所述金属呈单原子分散。本申请还涉及所述负载型催化剂用于由甲烷制备包括甲醇的含氧化合物的用途，以及使用所述负载型催化剂由甲烷制备包括甲醇的含氧化合物的方法。本申请所提供负载型催化剂可以最大化发挥金属原子的催化效果。本申请所提供的方法使得甲烷能够低温活化一步制包括甲醇的含氧化合物，反应温度低，包括甲醇的含氧化合物选择性高。

技术领域

本申请属于甲烷制备甲醇领域，具体而言，涉及一种负载型催化剂，涉及所述负载型催化剂的制备方法，以及涉及使用所述负载型催化剂由甲烷制备包括甲醇的含氧化合物的方法，特别是通过低温活化一步法由甲烷制备包括甲醇的含氧化合物的方法。

背景技术

甲醇作为当前工业应用的基本原料之一，无论作为传统的有机化工原料制备更高价值的烯烃，还是在新兴能源替代领域作为燃料电池及一些产品添加剂，都已经取得了很大的发展。

目前，国内制备甲醇的方法主要是煤或天然气间接转化法，首先通过将煤或天然气转化为合成气(H₂+CO)，然后经过费拖合成生成甲醇。这种间接转化的方法，存在反应温度高(800℃)，反应工艺流程复杂的缺点。

甲醇也可由作为天然气的主要成分的甲烷转化而成。在这一过程中，催化剂的选择是关键。近年来催化剂的研究主要集中在贵金属及过渡金属负载型催化剂。其中金钯合金等贵金属催化剂在较低温度下可以活化甲烷，同时拥有较高的甲醇选择性，但是，由于金钯等贵金属成本高，经济实用性差。

发明内容

因此，亟待开发经济、高甲烷转化率的新型高效催化剂。为此，根据本申请的一个方面，提供一种负载型催化剂，包括金属元素和载体g-C₃N₄，其中，所述金属呈单原子分散；所述负载型催化剂用于甲烷低温活化一步制备包括甲醇的含氧化合物具有高选择性(90％)。

在本身负载型催化剂的一个优选实施方案中，所述负载型催化剂包括载体和负载于载体上的活性组分；

其中，所述载体为g-C₃N₄；

所述活性组分包括活性金属元素，所述金属呈单原子分散。可选地，所述金属元素选自Rh、Cu、Fe、Co中的至少一种。

可选地，所述金属元素选自Rh、Cu、Fe、Co中的一种。

可选地，所述负载型催化剂中所述金属元素相对于载体g-C₃N₄的负载量为0.1～1wt.％。

可选地，所述负载型催化剂中所述金属元素相对于载体g-C₃N₄的负载量为最优选0.25～0.75wt.％。

可选地，所述负载型催化剂中所述金属元素相对于载体g-C₃N₄的负载量为0.1～0.75wt.％。

可选地，所述负载型催化剂中所述金属元素相对于载体g-C₃N₄的负载量上限选自0.25wt.％、0.5wt.％或1wt.％；下限选自0.1wt.％、0.25wt.％或0.5wt.％。

可选地，所述负载型催化剂具有层状结构。

本申请的又一方面，提供了上述任一项所述的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将含有g-C₃N₄和金属前驱体的原料，焙烧I，得到所述负载型催化剂。

可选地，所述金属前驱体选自可溶性金属盐中的至少一种。