[发明专利]一种活性炭负载的金基催化剂及其制备方法和在乙炔加氢中的应用

说明书

本发明提供了一种活性炭负载的金基催化剂及其制备方法，以及在乙炔加氢反应中的应用；本发明将杂原子氮和杂原子硫引入载体的骨架结构，通过焙烧处理使得催化剂结构更加稳固，氮硫元素更不易流失；掺杂氮硫所产生的大量缺陷位有利于金属纳米颗粒与载体稳定结合，杂原子氮其作为强供电子配体，使得贵金属表面电子云密度增加，弱化了乙烯在其表面的吸附，有利于乙烯及时脱附；杂原子硫发挥了锚定作用，活性金属粒径更小，更不容易发生团聚，提高了金颗粒的分散度和稳定性，两者共同作用使得金属纳米颗粒在加氢反应中不易团聚或流失，有利于延长催化剂寿命；本发明催化剂在催化乙炔加氢反应中对乙烯的选择性高，乙炔转化率高。

技术领域

本发明涉及一种活性炭负载的金基催化剂及其制备方法和在乙炔加氢中的应用。

背景技术

乙烯作为重要的工业有机化工原料，主要用来生产聚乙烯、环氧乙烷、乙醇等。在采用乙炔作为原料生产乙烯的过程中，不可避免的残留部分的乙炔，而残留的乙炔聚合形成低聚物对催化剂产生毒化作用，因此除去乙烯气流中少量残存的乙炔是化学工业中的重要过程。

基于以上的背景，本发明提出活性炭负载的金基催化剂，以金作为活性组分，在活性炭载体中掺杂了氮、硫元素，杂原子硫是通过锚定金，提高了金颗粒的分散度和稳定性；杂原子氮作为一种强供电子配体，提高了活性组分金周围电子云密度，弱化了乙烯在其表面的吸附，促进了乙烯脱附。两者共同作用使得金属纳米颗粒在加氢反应过程中不易团聚和流失，活性更佳，有利于延长催化剂寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性炭负载的金基催化剂及其制备方法。该催化剂在乙炔的转化率和乙烯的选择性上表现较好，催化剂稳定性良好，可多次回收重复利用。

本发明的技术方案如下：

一种活性炭负载的金基催化剂，按如下方法制备得到：

(1)将活性炭置于硝酸水溶液中，在75～90℃下搅拌10～12h，之后冷却至室温(20～30℃)，过滤，用去离子水洗涤至中性，干燥(110℃，12h)，得到经过硝酸处理的活性炭；将苯硫醚、尿素溶于乙醇，得到浸渍液，将经过硝酸处理的活性炭加入所得浸渍液中，于50℃超声20～30min，干燥(120℃，12h)后放入管式炉中，在惰性气体(氮气、氩气、氦气中的一种或多种)氛围下，升温至800℃(速率5℃/min)焙烧3～5h，得到氮、硫双掺杂活性炭；

所述活性炭的颗粒粒度在100～1000目(优选200～500目)，比表面积为600～2000m²/g(优选1000～1800m²/g)；

所述硝酸水溶液的浓度为5～20wt％，所述硝酸水溶液的体积用量以活性炭的质量计为8～45mL/g；

所述苯硫醚、尿素、经过硝酸处理的活性炭的质量比为0.03～0.15：0.01～0.05：1，优选0.06～0.12：0.02～0.04：1；

所述乙醇的体积用量以经过硝酸处理的活性炭的质量计为4～8mL/g；

(2)采用等体积浸渍法，向步骤(1)所得氮、硫双掺杂活性炭中边搅拌边滴加氯金酸水溶液，室温下浸渍10～12h，干燥(120℃，12h)，冷却后得到所述活性炭负载的金基催化剂；

所述氯金酸水溶液的浓度为0.005～0.1g/mL；

所得活性炭负载的金基催化剂中，(基于载体质量)金的负载量为0.05～1.5wt％，优选0.1～1wt％。

本发明所述活性炭负载的金基催化剂可应用于乙炔加氢反应中；