[发明专利]一种以核壳结构为载体的铂系催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及了一种以核壳结构为载体的铂系催化剂制备方法。首先采用stober法将金属包覆在SiO₂中，再通过葡萄糖水热法对其进行二次包覆，然后在惰性气体下进行高温焙烧固化碳材料。在焙烧过程中夹层SiO₂保护了金属在高温下的聚集，最后通过强碱将SiO₂刻蚀形成了内金属外碳层的核壳结构载体。再采用含铂前驱体溶液对其进行铂负载，得到以金属为内核碳为外壳、外负载铂的铂系催化剂。本发明所制备的催化剂具有结构新颖，在丙烷脱氢催化反应中表现出高催化稳定性，而且制备成本低，可为今后开发出高性能低碳烷烃脱氢催化剂提供新的参考。

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，具体地说，是一种以铁、铜为内核碳为外壳的核壳结构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。目前在丙烷脱氢催化反应中，困扰Pt系催化剂的两个主要问题是高温催化的苛刻条件会导致金属颗粒的聚集以及积炭对活性中心的覆盖，前者是催化剂的不可逆失活，而后者可以通过对催化剂循环再生来恢复催化活性。Pt系催化剂的常规载体为氧化铝和分子筛，并且已经成功应用于商业生产中去。但是具有强酸性的氧化铝和分子筛载体会促使丙烷脱氢副反应的发生，进而产生大量积炭导致催化剂失活，目前主流是添加Sn等金属助剂加以缓解。

Liu等(J.Liu,Y.Y.Yue,H.Y.Liu,et al.Origin of the robust catalyticperformance of nanodiamond graphene-supported Pt nanoparticles used in thepropane dehydrogenation reaction,ACS Catalysis,7(2017)3349-3355.)将Pt金属负载在具备sp²@sp³核壳结构的纳米金刚石上，比传统的Pt/Al₂O₃催化剂更具催化稳定性，催化丙烷脱氢100h后仅有轻微的活性下降。

Luis等(L.M.Martinez-Prieto,J.Marbaix,J.M.Asensio,et al.UltrastableMagnetic Nanoparticles Encapsulated in Carbon for Magnetically InducedCatalysis,ACS applied nano materials,3(2020)7076-7087.)通过活性炭在高温下将Fe包覆，再在外层负载双金属PtSn形成一种具有磁性的内Fe外壳层、负载PtSn的核壳结构催化剂，在丙烷脱氢催化反应中，初始丙烷转化率仅有11％。

其中纳米金刚石价格昂贵，暂时无法广泛应用于工业生产中。而采用活性炭包覆Fe的方法不仅活性低，催化稳定性也较差。结合两者之间的优缺点，本发明采用分布广泛的铜和铁金属作为核内金属，以比活性炭更低廉的糖类作为碳源，合成了一种负载单金属Pt的核壳结构催化剂，在丙烷直接脱氢反应中展现出良好的催化稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以铁、铜为内核碳为外壳的核壳结构为载体的催化剂及其制备方法。本发明使用铁或铜为内核碳为外壳的新型核壳结构载体，负载金属Pt组分组分制成催化剂，制得的催化剂用于低碳烷烃脱氢反应，具有较高的烯烃选择性和催化稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以核壳结构为载体的铂系催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将含金属盐水溶液与碱混合形成固体沉淀；

(2)采用stober法对步骤(1)制备的金属沉淀物进行SiO₂包覆；