[发明专利]一种低碳烷烃脱氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低碳烷烃脱氢催化剂及其制备方法，所述催化剂由以下质量百分数的组分组成：1.0~10.0wt%的Pt，1.0~5.0wt%的Sn，85.0~98.0wt%的多壁碳纳米管，三者质量百分数之和为100%，其中Pt位于多壁碳纳米管管内，Sn位于多壁碳纳米管管外。该催化剂用于低碳烷烃脱氢反应，具有较好的催化活性及稳定性。

技术领域

本发明涉及一种低碳烷烃脱氢催化剂及制备方法与应用，具体地说，是一种以碳纳米管为载体的催化剂及制备方法与应用。

背景技术

Pt系催化剂是丙烷脱氢反应常用的催化剂之一。丙烷脱氢为强吸热、分子数增加的可逆反应，高温和低压有利于脱氢反应的进行，通常的反应温度为600℃左右，较高的反应温度导致丙烷裂解及丙烷深度脱氢程度加剧，使丙烯选择性降低，同时也会加剧催化剂表面积炭进而导致催化剂失活。

近年来，碳纳米管作为一种新型纳米碳材料被广泛研究。碳纳米管的催化特性主要表现在其特殊构造和纳米级尺寸上。一方面，卷曲结构造成了碳层结构的变化，电子密度由管内转移向管外，形成内外电势差，使得在其内发生反应的物质特性发生改变；另一方面，作为纳米粒子，碳纳米管具有典型的限域效应，即将体系缩小到纳米尺度时，体系内电子的运动受到空间的限制，电子态改变，体系的催化性能也随之改变。

田春华（田春华. 多壁碳纳米管改性负载铂锡在丙烷脱氢反应中催化性能的研究[D], 上海师范大学, (2014).）用空气高温焙烧碳纳米管和自组装的期间制作硝酸蒸气活化碳纳米管的方式改性碳纳米管，然后分步负载锡组分和铂组分。最后将制备的催化剂用于催化丙烷脱氢反应来评价催化剂的性能。

闫学杰（闫学杰. Pt-Sn/MWCNTs复合材料结构表征与电催化性能研究[D], 太原理工大学, (2011).）将经过硝酸回流去除无定形碳的碳纳米管作为载体，利用一步浸渍还原法，在其表面负载铂组分和锡组分，并将所制得的材料用于燃料电极。

本发明将通过硝酸回流制得开口的碳纳米管作为载体，通过分步浸渍法，先通过等体积法将氯铂酸的乙醇溶液引入碳纳米管官腔内，待管腔内被填满氯铂酸的乙醇溶液后，再迅速加入氯化亚锡的乙醇溶液，利用乙醇沸点低的特性，在一定温度下快速搅拌并通风，将乙醇蒸发出去，使得几乎没有氯化亚锡进入碳纳米管内，然后干燥，氢气还原制得催化剂，这种方法制备的催化剂使得大部分的铂组分都位于碳纳米管的管内，几乎所有的锡组分都位于碳纳米管的管外。

发明内容

本发明的目的是提供一种低碳烷烃脱氢催化剂及制备方法与应用，该催化剂用于低碳烷烃脱氢反应具有较好的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低碳烷烃脱氢催化剂，由以下质量百分数的组分组成：1.0~10.0wt%的Pt，1.0~5.0wt%的Sn，85.0~98.0wt%的多壁碳纳米管，三者质量百分数之和为100%，其中Pt位于多壁碳纳米管管内（见图1、图2），Sn位于多壁碳纳米管管外。优选的，Pt的质量百分数为 2.0~8.0wt%，Sn的质量百分数为 2.0~5.0wt%，多壁碳纳米管的质量百分数为87.0~96.0wt%，三者质量百分数之和为100%。

所述催化剂的孔径为3.0~12.0nm，比表面积为104~266 m²/g，总孔体积为0.1~0.6cm³/g。

所述低碳烷烃脱氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）用浓度为65~68wt%的浓HNO₃浸渍多壁碳纳米管进行氧化处理2~18小时，洗涤干燥后得到多壁碳纳米管载体；

（2）将步骤（1）中多壁碳纳米管载体先后分别用含铂化合物溶液、含锡化合物溶液浸渍，空气中80~130℃下干燥8~30h，而后进行还原。