[发明专利]一种碳化硅基银纳米催化剂的制备方法及在环氧乙烷合成中的应用

说明书

本发明涉及一种碳化硅基银纳米催化剂的制备方法及在环氧乙烷合成中的应用，包括SiC载体的修饰改性和银纳米颗粒的尺寸调控，首先在SiC前驱体制备过程中，加入适量的硼源、磷源对SiC进行B、P体相掺杂；然后采用CeO₂、ZrO₂、Al₂O₃等含氧空位的氧化物对SiC表面进行修饰；最后以不同量的硝酸银为前驱体，采用液相还原法在SiC载体表面负载金属银，抽滤、干燥后得到负载型碳化硅基银纳米催化剂。本发明通过优化催化剂载体性质和金属负载条件制备的催化剂具有银颗粒尺寸可控、分散均匀、导热性好以及稳定性好等特点。将该催化剂用于乙烯环氧化制备环氧乙烷反应中，能够表现出优异的催化活性、产物选择性及稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其是一种碳化硅基银纳米催化剂的制备方法及在环氧乙烷合成中的应用。

背景技术

环氧乙烷是一种重要的有机化工原料，被广泛用于洗涤、制药、印染等行业。环氧乙烷常规的制备方法包括氯醇法和氧化法。氯醇法主要分为两个步骤：第一步是将乙烯和氯气通入水中，反应生成2-氯乙醇；第二步是用碱(常用石灰乳)与2-氯乙醇反应，生成环氧乙烷产物。但是氯醇法生产过程中乙烯单耗较高且对环境污染严重，已逐渐停止使用。

目前，工业上生产环氧乙烷主要采用直接氧化法，即基于氧气进行乙烯的环氧化制备环氧乙烷。现有环氧乙烷工业化生产装置大多是采用Ag基纳米催化剂，Ag基纳米催化剂经过多年的发展，虽然其催化性能有所提高，但仍存在一定的不足。首先是催化剂的选择性问题，目前产物选择性难以提高的一个主要原因是氧化反应释放大量热量，而撤热速率存在瓶颈，其核心因素是传统的载体材料α-氧化铝导热速率较低；其次是传统技术采用的α-氧化铝载体材料比表面积较小，负载Ag的分散性较差、极易团聚；为了保证活性，就需要高负载量的Ag。另外，如果采用表面具有酸性位点的材料做催化剂载体，会造成反应网络更易向环氧乙烷异构化生成乙醛的路径进行，严重降低EO选择性，因此需要表面惰性材料作为载体。因此，开发一种具有较高比表面积且导热性良好的惰性无机材料作为载体，将有效提高Ag基催化剂的选择性及稳定性。

碳化硅是一种半导体材料，耐高温、耐腐蚀、机械强度高、化学稳定性好，尤其是具有良好的导电、导热性能。另外，当金属负载到SiC表面时，金属与SiC载体之间可发生电子转移作用，使其在催化反应中表现出独特活性和选择性。高比表面积碳化硅作为一种新型载体在催化、光催化和电催化领域已经表现出了明显的优势。因此，以SiC作为乙烯环氧化催化剂载体，将有可能突破现有Ag/α-Al₂O₃催化体系面对的产物选择性低、Ag负载量较高的技术瓶颈，从而对环氧化反应产生颠覆性的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种碳化硅基银纳米催化剂的制备方法及在环氧乙烷合成中的应用，以获得金属分散均匀、稳定性好、导热性好的纳米催化剂，并将其用于乙烯环氧化制备环氧乙烷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳化硅基银纳米催化剂的制备方法，具有以下步骤：

(1)、在SiC前驱体制备过程中，加入硼源、磷源对SiC进行B、P体相掺杂，随后采用CeO₂、ZrO₂、Al₂O₃等含氧空位的氧化物或其混合物对SiC表面进行修饰得到修饰改性的SiC载体。

(2)、将一定量硝酸银溶液和SiC载体混合搅拌一段时间，再滴加定量0.1M赖氨酸溶液继续搅拌，最后依次在反应液中滴加适量0.1M硼氢化钠溶液和0.1M的盐酸溶液，继续搅拌反应，抽滤，洗涤，干燥得到高效碳化硅基银催化剂。