[发明专利]一种用于气态烷烃低温等离子体催化转化的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于气态烷烃低温等离子体催化转化的催化剂及其制备方法。该催化剂是由具有活性位点的金属和提供酸性位点以及孔道结构的基体材料构成，其中基体材料为分子筛(HZSM‑5，UZSM‑5)，氧化物(SiO₂，Al₂O₃，TiO₂，ZrO₂)，硫化物(MoS₂)，活性炭，氮化碳(C₃N₄)。具有活性位点的金属是Ag，Pt，Pd，Ga，Zn和Ti的一种或多种的混合物，每种金属在基体材料上的负载量是基体材料质量的0.1‑10％。本发明制备的催化剂能够在低温及常压下实现气态烷烃(C₁‑C₅单体或两种及以上的混合物)的低温等离子体催化转化成为液态烷烃(C₆‑C₁₂含有支链的烷烃)或高附加值的化学品，同时生产较少的焦炭。

技术领域

本发明属于天然气，页岩气，液化石油气等气态烷烃的深度加工，特别涉及一种用于气态烷烃低温等离子体催化转化的催化剂及其制备方法。

背景技术

全球能源需求的增加和人口的增长激发了对替代燃料来源的探索。随着岩石碎裂技术和钻井技术的飞速发展以及巨大储藏量的页岩气的发现，引发了对将甲烷等气态烷烃化合物直接转化为液态燃料的研究兴趣。目前天然气，液化石油气等气态烷烃化合物主要用于住宅取暖，烹饪和发电，然而气态烷烃的巨大储藏量远远超过了市场的需求。

气态烷烃特别是甲烷化学结构稳定，使其化学活性相对较低，活化较为困难。气态烷烃的催化转化往往需要很高的反应温度，这会促进热力学上有利但价值低的产物的生成，例如CO₂或焦炭。因此，控制气态烷烃中C-H键或者C-C的活化对于将其转化为液体化学品(如汽油范围的烷烃)至关重要。低温等离子体是一种很有前景的技术，能够在低温和常压条件下实现气态烷烃的催化转化，具有很大的商业化潜力。利用低温等离子体一步法实现气态烷烃转化成为C₆-C₉支链烷烃并具有很高选择性具有很大的挑战性。只有少数报道通过γ-Al₂O₃催化剂低温等离子体能把气态烷烃直接转化为高附加值含氧化合物，比如甲醇，乙醇，丙酮等。但是关于将气态烷烃直接转化为液态烷烃(例如C₆-C₉支链烷烃)的催化剂几乎没有报到。鉴于上述背景下，开发一种催化剂实现在低温和常压的条件下将气态烷烃转成为液体燃料或者高附加值化学品，并控制焦炭的生成，是非常具有商业化的应用前景。

发明内容

本发明的目的提供一种用于气态烷烃低温等离子体催化转化的催化剂及其制备方法，并通过对催化剂组成的优化来实现液体产物的产率最大化和减少焦炭的生成。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于气态烷烃低温等离子体催化转化的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将含有金属的前驱体溶于去离子水中制得前驱体溶液，其中金属为Ag，Pt，Pd，Ga，Zn和Ti的一种或多种的混合物；

2)将成型后的基体材料浸渍于步骤1)中的前驱体溶液中，旋转浸渍至少2h以上；然后调节旋转蒸发仪的温度在40-80℃之间进行减压蒸馏直到水分完全蒸干；

3)将步骤2)中所得到的样品在80-120℃下干燥8-12h，然后在550℃下煅烧3-6h，自然冷却到室温后制得气态烷烃低温等离子体催化转化的催化剂。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中金属的负载量为基体材料质量的0.1-10％。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中所用去离子水与基体材料的质量为(10-4)：1。