[发明专利]一种蜂窝状氮化硼的成型方法及其在低碳烷烃氧化脱氢中的应用

说明书

本发明公开一种蜂窝状氮化硼的成型方法及其在低碳烷烃氧化脱氢中的应用。成型方法包括如下步骤：(1)氮化硼粉末与粘结剂混合得到粉体原料；(2)胶溶剂和水混合均匀，均匀地加入到粉体原料中；(3)将步骤(2)所得物料练泥、陈化、挤出成型获得蜂窝状坯体，坯体经干燥、焙烧最终制得蜂窝状氮化硼。该方法制备的蜂窝状氮化硼具有有序轴向通道，有效利用面积提高，制得的产品质轻、机械强度高、传质效率高，应用到低碳烷烃催化转化中表现出优异的催化活性和稳定性。同时该方法制备工艺条件简单，成品率高，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种蜂窝状氮化硼的成型方法及其在低碳烷烃氧化脱氢中的应用，属于工业催化技术领域。

背景技术

氮化硼(BN)具有类似于石墨的层状结构，其具有诸多优异的性能，如高热导率、高耐热性、抗氧化性、低摩擦系数、耐化学腐蚀性等，因此在吸附、催化、储氢、电子器件、高分子复合材料等诸多领域有着广泛应用。此前，在传统催化领域氮化硼被认为是化学惰性的，通常被作为稳定的载体在合成氨、CO氧化、选择性氧化和费托合成等反应中使用。

近年，有研究报道了六方氮化硼(h-BN)在催化丙烷氧化脱氢反应时显示出高的催化活性、优异的烯烃选择性和产率以及极低的深度氧化产物选择性 (ChemCatChem,2017,9,1788-1793；Science,2016,354,1570-1573)，打破了对氮化硼化学惰性的认识。此后研究发现氮化硼在乙烷、丁烷氧化脱氢反应中同样具有优异的催化性能(ChineseJournalofCatalysis,2017,38,389-395；ChemCatChem, 2017,9,2118-2127)。氮化硼还可以高效地催化甲烷、乙苯等分子的转化(Catal.Sci. Technol.,2018,8,2051-2055；Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,8231-8235)。诸多研究表明，与传统的金属氧化物和碳基催化剂相比，氮化硼催化剂在低碳烷烃转化方面具有更优异的性能，极具工业应用前景。

目前对氮化硼催化剂的研究工作多集中在粉末催化剂，但工业应用通常需要将粉末状催化剂经过成型工艺制成适宜形状且强度高的型材。

专利CN112159158A公开了一种将氮化硼粉末与硼酸粉末和/或氧化硼粉末混合后预压、粉碎造粒、再压制成型来制造氮化硼块的方法，该工艺直接干压成型，不需要高温高压烧结，工艺简单、成本低。该方法制备的氮化硼块密度大，但比表面积低、传热传质效率低，可应用于气体传感器阻隔片，在工业催化领域并不适用。

专利CN113061040A公开了一种将原料混合溶液浇注到不锈钢模具或者聚四氟乙烯成型模具中，经过原位固化、预烧结和高温烧结制备多孔氮化硼陶瓷的方法，该工艺可以制备复杂外形的氮化硼多孔陶瓷材料及构件，但通过模具浇注成型的方法生产能力低，不适合大规模生产。且该发明属于多孔陶瓷材料技术领域，制备的产品适用于航空航天、特种冶炼等领域，而非作为工业催化剂使用。

目前关于氮化硼成型方法的报道大多属于陶瓷制备技术领域，氮化硼陶瓷材料一般应用于冶金、电子、航空等领域，这要求氮化硼陶瓷具有高烧结体致密度和优异的力学性能。而对于工业催化领域所需的工业多相催化剂，则要求催化剂具有优良的活性、选择性稳定性，传热传质效率高、适宜比表面积、孔结构等物化性能，以及必要的强度和适宜的形状。二者目的性的差异导致现有的氮化硼陶瓷成型方法并不适用于制备成型的氮化硼催化剂，因此，亟需开发适宜的成型方法制备氮化硼催化剂，以将其推广至大规模工业化应用。

发明内容

针对粉末状催化剂在工业化应用中的局限性，本发明的提出一种蜂窝状氮化硼的制备方法及其在丙烷氧化脱氢中的应用，该成型方法制备的蜂窝状氮化硼具有有序轴向通道，有效利用面积提高，制得的产品质轻、机械强度高、传热传质效率高，应用到低碳烷烃催化转化中表现出优异的催化活性和稳定性。同时该方法制备工艺条件简单，成品率高，具有工业化应用前景。

本发明的技术方案如下：