[发明专利]一种催化膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种催化膜制备方法，属于催化剂制备技术领域。将陶瓷膜放入原子层沉积设备反应腔内，在陶瓷膜上沉积二氧化钛涂层，放入管式炉内煅烧，放入原子层沉积设备反应腔内，沉积Pd纳米颗粒，得到Pd催化膜。本发明采用原子层沉积技术沉积TiO₂对陶瓷膜表面及孔道进行修饰，随后将修饰后的陶瓷膜煅烧，调控陶瓷膜表面特性，有利于后续Pd活性组分的沉积，制备出的催化膜可以用于流通式膜反应装置，实现催化剂与反应物的反应分离耦合,催化膜重复性使用效果好，只需简单冲洗即可，催化膜重复使用多次，活性无明显下降。采用陶瓷膜作为载体，经过处理，提高了单位质量Pd的催化效率，提高了重金属Pd的利用率。

技术领域

本发明涉及一种原子层沉积法制备催化膜工艺，属于催化膜制备技术领域。

背景技术

膜催化是膜过程中的重要分支，是影响化工和石油化工发展的重要领域。膜催化技术具有可以打破化学平衡限制，提高反应转化率、实现产物与催化剂的原位分离、实现分离和反应过程的耦合等优势，引起人们的广泛关注。

催化膜是构成膜催化反应器的核心部件。研究人员侧重于从膜表面特性，膜构型，制备方法等方面改进催化膜性能，然而很少有人研究催化膜活性组分自身对催化膜性能的影响。有关催化膜负载活性组分的方法主要有：有机金属化学蒸汽沉积法、离子交换法、原位生长法、表面浸渍法、相转化法等等。上述负载活性组分的方法无法精确地调控活性组分自身的微观尺寸，相比之下，原子层沉积技术具有精确调节被沉积物的独特优点，理论上可以在原子级别调控被沉积物微观尺寸，并且具有良好的共形性，对沉积前后的膜载体比表面积基本无影响。研究人员利用原子层沉积技术的特性已开展了一些研究工作。专利（CN110042365A）报道了一种在二维材料表面生长氧化铝的原子层沉积方法，采用原子层沉积方法在二维材料表面生长氧化铝，通过物理吸附使氧化铝沉积在二维材料的表面，不仅避免在二维材料的表面引入杂质和缺陷，还保持了二维材料的本征特性。专利（CN109675609A）报道了一种原子层沉积超薄氧化钛修饰的纳米孔金基催化剂的制备方法及其应用，采用原子层沉积的方法在纳米孔金基催化剂上沉积超薄氧化钛，极大地改善了孔基催化剂的催化性能。目前还未见采用原子层沉积技术制备催化膜的报道。

本专利旨在提供一种采用原子层沉积技术制备催化膜的方法，制备高性能的催化膜。

发明内容

本发明的目的是采用原子层沉积技术对陶瓷膜表面进行改性，然后负载Pd纳米颗粒，制备Pd催化膜，发展一种新的催化膜制备方法。

本发明的技术方案为：一种原子层沉积技术制备Pd催化膜，包括如下步骤：

步骤一：将陶瓷膜放入原子层沉积设备反应腔内，在陶瓷膜上沉积二氧化钛涂层，制备TiO₂改性的陶瓷膜；

步骤二：将TiO₂改性的陶瓷膜放入管式炉内煅烧，管式炉型号为TL1200，制备TiO₂煅烧改性的陶瓷膜；

步骤三：将TiO₂煅烧改性的陶瓷膜放入原子层沉积设备反应腔内，沉积Pd纳米颗粒，得到Pd催化膜。

作为优选，所述陶瓷膜为片式氧化铝陶瓷膜，孔径为1-3.5 µm，厚度为1.5-3 mm。

作为优选，步骤一中陶瓷膜上二氧化钛的沉积温度为100-150 ℃；采用四氯化钛和水作为前驱体,，四氯化钛的脉冲时间为0.03-0.06 s，曝光时间为10-30 s，清扫时间为20-60 s；水的脉冲时间为0.06-0.12 s，曝光时间为10-30 s，清扫时间为20-60 s；循环次数为10-50。

作为优选，步骤二中所述的煅烧条件为：在氢气体积分数为10 %的氢氩混合气氛下，以2 -3℃/min升温速率升高至400-475 ℃，煅烧120-210 min。