[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，公开了一种复合催化剂及其制备方法和应用。该复合催化剂包括负载型催化剂Pd/Al₂O₃和碳包覆层，本发明通过分步包碳法获得了碳包覆的负载型钯基催化剂，可应用于液相催化降解卤代苯酚反应中，并表现出高效的稳定性。对Pd/Al₂O₃进行碳包覆后，催化剂的疏水性得到了改善，有利于污染物在催化剂上的吸附。由于碳包覆层未完全覆盖Pd活性位点，因此卤代苯酚中的C‑X键可以在Pd活性位点被活化。而且在催化剂的碳化过程中碳会将部分Pd还原，因此会使材料中正价态Pd增多，有利于C‑X键的活化。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

卤代苯酚是一类重要的化学品，已广泛用作药物、除草剂、杀虫剂、阻燃剂、木材防腐剂和许多其他工业产品。随着卤代化合物的大量生产和使用，卤代酚频繁在地表水、地下水等淡水环境以及海水中被检测到。卤代酚类有机污染物难以被生物降解，且在食物链中具有累积效应，这些特性使得卤代酚类污染物会从土壤和水体等自然环境中逐步向生物体内转移累积，进而对整个生态系统的安全造成严重威胁。

催化加氢脱卤可在温和的反应条件下通过破坏C-X键，从而将有毒物质转化为安全的化合物，是一种有前途的新兴技术。但是，目前应用较多的负载型钯基催化剂应用于液相催化加氢脱卤依然存在一定不足之处。该反应通过连续的卤素原子被氢消除而进行，同时会产生化学计量的盐酸，因此，在逐渐酸化的反应条件下催化剂失活是一个主要问题。有研究者提出，核壳型结构的反相催化剂，通过利用金属纳米粒子与包埋材料之间的协同作用以及包埋层特性，可以同时提高催化活性和稳定性。

对于包覆层的研究主要集中在无机氧化物壳层、碳壳层、多孔材料(沸石、金属-有机骨架、共价有机骨架)和有机胶囊(树枝状大分子、有机笼子)。其中，碳材料具有更好的机械性能和可塑性，被广泛应用于包覆层的研究。例如在介孔二氧化硅的介孔表面涂覆均匀薄的Co/N掺杂碳层，优化后的催化剂对硝基苯的串联加氢反应表现出优异的催化性能，而且在连续八次的循环之后依旧保持着优异的活性。Qian等人制备了二氧化硅负载的超薄碳层包覆CoRu催化剂(CoRu@C/SiO₂)，并将其应用于催化合成丙二醛，表面覆盖的超薄碳层可大大减少活性金属的浸出，催化剂具有很高的稳定性，可重复使用5次，且性能没有明显损失。Li等人采用杂氮碳层包裹负载型Pd/CNT，并将材料应用于液相催化加氢还原Cr(VI)，Pd/CNT@CN在连续十次催化剂循环后保持其初始活性而没有任何失活，而Pd/CNT仅保留其初始活性的8.2％。鉴于碳包覆层后催化剂稳定性得以改善且碳材料可以调控催化剂的亲疏水性质，如何提供一种可高效催化卤代苯酚加氢脱卤的包覆型催化剂对有机污染物的高效去除具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合催化剂及其制备方法和应用，解决现有技术的催化剂稳定性差、催化效率低的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种复合催化剂，包括负载型催化剂和包覆层；

其中，负载型催化剂为Pd/Al₂O₃，其以Al₂O₃为载体，Pd为活性组分；

包覆层为碳层。

优选的，在上述一种复合催化剂中，所述活性组分占复合催化剂总质量的0.1～1％；包覆层占复合催化剂总质量的0.1～1％。

本发明还提供了一种复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将载体、氯化钯水溶液混合，使用碱溶液调节pH，反应一定时间后，将产物焙烧，得到负载型催化剂；