[发明专利]一种金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法及甲烷无氧制乙烯的方法

摘要

本发明涉及一种金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法及甲烷无氧制乙烯的方法，实现了甲烷的零积碳和乙烯高选择性合成。在固定床反应模式下，反应温度为750～1100℃；反应压力为0.1～0.3Mpa；反应原料气的质量空速为1000～30000ml/g/h。甲烷的转化率为10～60％；烯烃选择性为60～95％；丙烯、丁烯选择性为5～25％；芳烃选择性为0～25％；零积碳。该方法具有催化剂寿命长(>500h)、催化剂高温(<1400℃)下氧化还原和水热稳定性好、产物选择性高、零积碳、产物易于分离、过程重复性好、操作安全可靠等特点，具有广阔的工业应用前景。

主权项

1.一种金属元素晶格掺杂Si基材料催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂为金属元素晶格掺杂于Si基材料中的熔融体无定形材料；按催化剂的总重量为100%计，金属元素晶格掺杂的催化剂中金属掺杂量应大于10ppm，小于等于1wt.%；所述的催化剂采用下述固相掺杂技术中的任一一种制备获得：所述固相掺杂技术包括：改进化学气相沉积法（MCVD）、溶胶‑凝胶配合改进的化学气相沉积法（MCVD）法、多孔质Si化合物浸润配合改进的化学气相沉积法（MCVD）法；改进的化学气相沉积法（MCVD）：在特定温度40~220℃下，将四氯化硅液体和挥发性掺杂金属盐在载气带动下，进入MCVD装置在1400‑1650℃进行反应，并气相沉积，随后在熔制温度为1800~2200℃下熔制获得相应金属掺杂的硅基催化剂，然后立即冷却，固化后得催化剂；溶胶‑凝胶配合改进的化学气相沉积（MCVD）法：将四氯化硅液体在载气带动下，进入MCVD装置在1400‑1650℃进行反应，并气相沉积，将获得的沉积材料液相浸渍于正硅酸四乙酯（TEOS）和待掺杂金属盐水溶液中进行水解反应，随后在熔制温度为1800~2200℃下熔制获得相应金属掺杂的硅基催化剂，然后立即冷却，固化后得催化剂；多孔质Si化合物浸润配合改进的化学气相沉积（MCVD）法：将四氯化硅液体在载气带动下，进入MCVD装置在1400‑1650℃进行反应，并气相沉积，将获得的多孔质Si化合物液相浸渍于待掺杂金属盐水溶液中，随后在熔制温度为1800~2200℃下熔制获得相应金属掺杂的硅基催化剂，然后立即冷却，固化后得催化剂；所述催化剂中仅包含晶格掺杂的金属元素，表面没有负载金属或金属化合物。