一种铝硅合金催化剂载体及其制备方法和应用技术

一种铝硅合金为核片状氧化铝为壳的催化剂载体的制备方法，其主要特征在于：以喷雾法制备得到的铝硅合金粉(硅的质量含量10～50％)为原料，经过水热处理，洗涤，干燥和焙烧后，铝硅合金粉表面形成由鳞片状氧化铝组成的多孔结构，其平均孔径为3-40nm，片层厚度10nm-30nm，比表面积达70-500m2/g。将该载体应用于负载贵金属钯催化剂，在苯乙烯加氢反应和VOCs的低温催化燃烧中显示出高活性。

【技术实现步骤摘要】
一种铝硅合金催化剂载体及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种催化剂载体领域，及制备方法和应用，更进一步地还具体涉及一种用于苯乙烯加氢反应或VOCs的催化燃烧反应的催化剂载体的应用。
技术介绍
由于片状化结构的载体表面有利于反应物在催化剂表面的传质过程，从而有利于反应的快速进行，提高催化剂的催化活性。但，目前片状表面结构的催化剂载体，通常采用添加结构导向剂(模板剂)利用溶剂热法来制备。如CN201310670278.5公开了薄片状纳米SAPO-34分子筛、制备方法及其应用。采用四乙基氢氧化铵为模板剂，传统水热或溶剂热合成方法合成，所合成的纳米SAPO-34样品均为薄片状形貌。该合成方法简单，高效，溶剂消耗量小，甲醇制备烯烃(MTO)反应中具有很高的低碳烯烃选择性，尤其是乙烯和丙烯的总收率可以达到83％以上。但是该方法需要添加模板剂。CN201310234194.7公开了一种薄片状氧化铬/氧化铝催化剂及其制备方法。在加入模板剂的条件下，将铝源、铬源进行醇热反应，所得固体烘干，煅烧，冷却研磨成型既得催化剂。这种方法制备的催化剂具有薄片结构，有利于反应传质，应用于丙烷脱氢制丙烯具有优异的转化率和选择性。但以上的制备方法均不可避免的引入了模板剂。另一方面，固定床反应器中导热性不良的催化剂载体，往往容易造成传热和温度控制上的困难。尤其是高放热反应，极易导致催化剂床层局部过热，严重时甚至出现“飞温”现象，使得催化剂活性组分烧结，催化性能下降。为了解决这个问题，目前常用的方法有用惰性高导热材料稀释催化剂床层或使用具有高导热性的材料作为催化剂载体来提高固定床反应器传热效率、维持催化剂的稳定性。CN102020525A公开了一种Ni/SiC催化剂在合成气制甲烷中的应用。利用高导热性能的SiC作为催化剂载体负载活性组分金属镍，结果发现催化剂催化性能优良，甲烷选择性在85％以上，并且床层温度分布均匀，催化剂没有积炭生成。但是目前所制备的SiC载体比表面积较小，且其表面过于惰性，不利于活性成分的负载。因此，本领域的技术人员急待开发一种催化剂载体，可以开发出一种制备过程简单，易于控制，具有较高的催化活性及高导热性能，且绿色环保，有利大规模工业化生产催化剂载体结构及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术首次成功的开发出铝硅合金催化剂核壳载体结构，可具有高导热性能的同时，还有利于反应物在催化剂表面的传质过程，提高催化活性。本专利技术的目的在于，提供一种制备过程简单，易于控制，无需模板剂的情况下，也可以制得绿色环保，适用于大规模工业化生产的，具有片状化表面结构的铝硅合金催化剂载体的制备方法。本专利技术的目的还在于，提供上述铝硅合金催化剂载体的应用，可高效用于苯乙烯加氢反应或VOCs的催化燃烧反应。本专利技术的铝硅合金催化剂载体是以铝硅合金粉为原料制备得到的球形核壳型结构，内核为铝硅合金，壳层为表面鳞片状氧化铝组成的多孔结构，其平均孔径为3-40nm，片层厚度10nm-30nm。以铝硅合金粉为原料制备过程为：将铝硅合金粉在40-200℃下进行水热反应形成片状化表面结构后，过滤，洗涤，干燥，将干燥后的粉末在空气中300-600℃焙烧得到。本专利技术的铝硅合金催化剂载体的制备方法是将铝硅合金粉在40-200℃下水热反应形成片状化表面结构后，过滤，洗涤，干燥，将干燥后的粉末在空气中300-600℃焙烧，得到内核为未腐蚀的铝硅合金，外壳为鳞片状氧化铝的催化剂载体。本专利技术中所述的水热反应时间优选为10min-12h；特别优选2-6h。本专利技术中所述的焙烧时间优选为2-10h。本专利技术所述的干燥优选是在60-100℃下干燥2-10h。本专利技术的所述的铝硅合金粉平均粒径范围3～40微米。所述的铝硅合金中硅的质量含量为10～50％；优选为10～40％；最优选为30～40％。本专利技术的所述的催化剂载体的应用，是将活性贵金属钯和所述的催化剂载体组成催化剂用于苯乙烯加氢反应或VOCs的催化燃烧反应。专利技术人通过反复研究尝试，意外的发现，在无需采用模板剂的情况下，铝硅合金粉在水热条件的控制下可以形成规则的片状化结构。专利技术人通过进一步的研究认为，之所以可以形成上述结构是由于本专利技术特别采用了铝硅合金粉的情况下，铝在水热条件下易水解生成氢氧化铝的同时，随着反应的进行，氢氧化铝过饱和度增加，在被腐蚀的铝硅合金粗糙表面在硅基底上易于成核生长并形成晶形规整的片状化结构表面。通过对铝硅合金组成、水热时间、温度可进一步有效的控制表面片层的大小结构。因此，本专利技术通过将铝硅合金表面进行水热处理，轻度腐蚀获得氢氧化铝片状表面后，经过焙烧处理进一步获得稳定的氧化铝片层。将催化剂活性组分负载到本专利技术载体片层上，即可获得活性组分均匀分布的催化剂。此时，活性组分易于负载到氧化铝片层表面，内部为未腐蚀的铝硅合金材料，本专利技术的方法制得的催化剂，有利于反应物在催化剂表面的传质过程从而有利于反应的快速进行。同时，由于仅表面轻度腐蚀，内核为实心的铝硅合金，该载体具有较高的机械强度。而且铝硅合金材料还具有导热性好的特点，利用铝硅合金粉制备的催化剂有利于催化剂床层的导热，避免床层“热点”的形成。另外，铝硅合金粉具有市场价格低廉、原料来源充足等优势。因此，以铝硅合金粉为原料制备的该载体具有极大的实际应用价值和重大的商业前景。本专利技术的催化剂载体，其制备的原料为铝硅合金粉优选平均粒径范围3～40微米.所述的铝硅合金中硅的质量含量优选为10～50％；较优选为10～40％；更优选30-40％。本专利技术的催化剂载体比表面积可达70-500m2/g。本专利技术催化剂载体的制备方法具体过程如下：(1)将铝硅合金粉(平均粒径范围3-40微米，硅含量为10～40％)放入水热反应釜中，向其中加入蒸馏水；(2)在40-200℃温度下水热反应10min-12h；(3)过滤，加入去离子水洗涤，滤饼放入烘箱中60-100℃下干燥2-10h；(4)将所得粉末在空气中300-600℃焙烧2-10h，得到该载体。本专利技术载体采用浸渍法负载贵金属钯，并通过苯乙烯加氢反应和VOCs催化燃烧反应来探究该载体制备的催化剂的活性。采用浸渍法将活性贵金属钯可溶性盐溶于去离子水中，在室温条件下与得到的载体进行浸渍，浸渍时间为0.5-2h，浸渍后在60-100℃下干燥1-2h，干燥后在空气气氛下进行焙烧，焙烧温度为200-600℃，焙烧时间为1-3h，焙烧后通入氢气气氛还原，得到催化剂。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术通过采用简单的水热法无需添加模板剂，即可获得内核为未腐蚀的铝硅合金，外壳为鳞片状氧化铝的催化剂载体；本专利技术制备过程简单，绿色环保。这种以高导热的铝硅合金为内核的载体，有利于提高催化剂床层的导热，从而有效的防止固定床反应器床层“热点”的形成和“飞温”的发生。同时该载体还具有良好的机械强度和较大的比表面积。催化剂制备工艺简单，催化性能优异。附图说明图1为本专利技术所得的该载体(原料为硅含量40％的铝硅合金)在煅烧前的扫描电镜(SEM)照片图，焙烧前的载体为表面鳞片状的球形结构。图2为本专利技术所得的该载体(原料为硅含量40％的铝硅合金)的扫描电镜(SEM)照片图，经焙烧后制备的该载体仍很好的保持了表面鳞片状的球形结构。图3为本专利技术所得的该载体(原料为硅含量40％的铝硅合金)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝硅合金催化剂载体，其特征在于，以铝硅合金粉为原料制备得到的球形核壳型结构，内核为铝硅合金，壳层为表面鳞片状氧化铝组成的多孔结构，其平均孔径为3‑40nm，片层厚度10nm‑30nm。

【技术特征摘要】
1.一种铝硅合金催化剂载体，其特征在于，以铝硅合金粉为原料制备得到的球形核壳型结构，内核为铝硅合金，壳层为表面鳞片状氧化铝组成的多孔结构，其平均孔径为3-40nm，片层厚度10nm-30nm；以铝硅合金粉为原料的制备过程为：将铝硅合金粉在40-200℃下进行水热反应形成片状化表面结构后，过滤，洗涤，干燥，将干燥后的粉末在空气中300-600℃焙烧得到；所述的铝硅合金粉中硅的质量含量为10~50%；所述的水热反应时间为10min-12h。2.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述的铝硅合金粉中硅的质量含量为10~40%。3.如权利要求1所述的催化剂载...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶红齐，刘贡钢，周永华，余林遇，戴燕妮，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43