[发明专利]一种催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括作为蛋黄的过渡金属纳米颗粒以及作为蛋壳的分子筛，过渡金属包括Fe和/或Mn，分子筛为HZSM‑5分子筛。本发明的催化剂，通过将过渡金属封装于中空分子筛的内部，形成蛋黄‑蛋壳结构，相比于传统的催化剂，这种结构使得在过渡金属上生成的所有中间产物烯烃都必须经过壳层分子筛、并在其上进一步转化成芳烃，进而提高芳烃的时空产率；此外，经过四丙基氢氧化铵处理后，分子筛变成中空结构，中空结构的分子筛的壳层较薄，有利于产物芳烃及时扩散出去、避免因芳烃聚合生成积碳而导致分子筛失活，进而提高催化剂的稳定性能。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芳烃是现代化工中重要的基础原材料，目前在工业上主要是从石油中提取制备芳烃。随着芳烃需求量的日益增长和石油资源的逐渐枯竭，急需开发出一种替代石油生产芳烃的新途径。近年来，将煤、生物质或天然气转化成合成气(一氧化碳和氢气)，再将合成气转化为高附加值的芳烃，这一新途径受到了国内外研究者们的广泛关注。

这一新途径的核心是设计出可以将合成气高效转化为芳烃的催化剂。目前，芳烃的时空产率最高为0.91g·g_Fe^-1·h^-1左右，仍然难以满足工业应用的需求。设计出芳烃时空产率超过1.0g·g_Fe^-1·h^-1的高效催化剂是这一新途径的瓶颈。此外，另一个限制合成气制芳烃工业化的主要因素是催化剂稳定性能差的问题。传统的催化剂往往在30小时内就开始失活、芳烃的时空产率逐渐下降。

因而，设计出芳烃时空产率高且稳定性能良好的催化剂，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种催化剂，以解决或部分解决现有技术中合成气制备芳烃所用催化剂时空产率低、且稳定性能差的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种催化剂，所述催化剂包括作为蛋黄的过渡金属纳米颗粒以及作为蛋壳的分子筛。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的催化剂，所述过渡金属包括Fe和/或Mn，所述分子筛为HZSM-5分子筛。

第二方面，本发明还提供了一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将过渡金属盐加入至水中，然后加入分子筛，搅拌得到混合物；

将混合物干燥后煅烧得到固化物；

将所述固化物加入至四丙基氢氧化铵水溶液中加热，得到加热后的产物；

将加热后的产物干燥后煅烧即得催化剂。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的催化剂的制备方法，所述过渡金属盐包括氯化铁和/或氯化锰；

和/或，所述分子筛为HZSM-5分子筛。

进一步优选的，所述的催化剂的制备方法，当所述过渡金属盐为氯化锰和氯化铁时，所述氯化锰和所述氯化铁的摩尔比为(0.01～3):1。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的催化剂的制备方法，将混合物干燥后煅烧得到固化物具体为：将混合物于50～120℃下干燥6～12h，然后于400～550℃煅烧2～6h得到固化物。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的催化剂的制备方法，将所述固化物加入至四丙基氢氧化铵水溶液中加热，得到加热后的产物，其中，加热温度为140～200℃、时间为12～72h。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的催化剂的制备方法，将加热后的产物干燥后煅烧即得催化剂具体包括：将加热后的产物于50～120℃下干燥6～12h，然后于400～550℃煅烧2～6h即得催化剂。