一种改性纳米碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改性纳米碳材料及其制备方法和应用，该方法包括：在含有模板剂的分子筛的焙烧过程中，将纳米碳材料和所述分子筛在300-600℃下一同焙烧1-12小时，焙烧过程中，气氛中氧含量为8-20体积％。本发明专利技术的方法制备得到的改性纳米碳材料具有更优的催化活性。到的改性纳米碳材料具有更优的催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种改性纳米碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种改性纳米碳材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]上世纪六七十年代，高硅类分子筛的出现，极大地促进了现代炼油化工产业的发展。众所周知，性能优异的高硅类分子筛的合成，一般需要在含氮有机模板剂的存在下进行水热晶化制备。因此，当在模板剂存在下合成的高硅类分子筛在焙烧之前均含有一定量的有机模板剂。目前通用处理的方法是焙烧，即将水热合成得到的含有有机模板剂的高硅类分子筛在一定的温度下进行高温热处理。进而使得有机模板剂从高硅类分子筛颗粒内脱出或分解，进而有效释放高硅类分子筛的微孔孔道，此时高硅类分子筛作为催化剂使得反应物和产物在分子筛内的微孔孔道内有效扩散，保证反应的顺利进行。然而在高硅类分子筛的焙烧过程中由于含氮有机模板剂脱出或分解会产生氨氮性气体，目前催化剂工厂一般直接排放或进行硝化等无害化处理后排放，鲜见对高硅类分子筛的焙烧过程中由于含氮有机模板剂脱出或分解会产生氨氮性气体加以利用的报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种改性纳米碳材料及其制备方法和应用。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种制备改性纳米碳材料的方法，该方法包括：在含有模板剂的分子筛的焙烧过程中，将纳米碳材料和所述分子筛在300-600℃下一同焙烧1-12小时，焙烧过程中，气氛中氧含量为8-20体积％。
[0005]可选地，该方法包括：将所述纳米碳材料和所述分子筛置于同一马弗炉中，在300-500℃下焙烧3-12小时。
[0006]可选地，所述纳米碳材料与所述分子筛分别放置，且所述纳米碳材料位于所述分子筛的上方。
[0007]可选地，该方法还包括：向马弗炉中通入氮气和/或氧气，以使所述马弗炉中的含氧量保持在9-17体积％，优选10-15体积％。
[0008]可选地，所述纳米碳材料与所述分子筛用量的重量比为1：(0.1-500)，优选为1：(1-100)。
[0009]可选地，焙烧所述分子筛产生的气氛中含有季铵碱、氨、醇、脂肪胺或醇胺，或者为它们中两者或三者。
[0010]可选地，以所述分子筛的干基重量为基准，所述分子筛中所述模板剂的含量为1-20重量％。
[0011]可选地，所述模板剂为季铵碱类化合物、脂肪胺类化合物或醇胺类化合物，或者为它们中两者或三者的组合；
[0012]优选地，所述季铵碱类化合物为四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵或四丙基氢氧化铵，或者为它们中的两者或三者；
[0013]所述脂肪胺类化合物为丁二胺、乙胺、己二胺或正丁胺，或者为它们中两者或三者；
[0014]所述醇胺类化合物为二乙醇胺、单乙醇胺或三乙醇胺，或者为它们中两者或三者的组合。
[0015]可选地，所述碳纳米材料选自碳纳米管、纳米石墨、石墨烯、纳米金刚石、富勒烯或活性炭，或者为它们中两者或三者的组合。
[0016]可选地，所述分子筛选自钛硅分子筛、硅铝分子筛、全硅分子筛或钒硅分子筛，或者为它们中两者或三者的组合；
[0017]优选地，所述分子筛选自TS-1、TS-2、Ti-MCM-22、Ti-MOR、Ti-β或Ti-ZSM-48，或者为它们中两者或三者的组合。
[0018]本专利技术第二方面提供一种采用本专利技术第一方面提供的方法制备得到的改性纳米碳材料。
[0019]可选地，所述改性纳米碳材料表面总的氮元素的含量为0.01-10重量％，优选0.5-5重量％；
[0020]改性纳米碳材料表面的代表氨氮类氮物种的氮元素的重量含量与总的氮元素的重量含量的比为20-90％，优选为40-80％。
[0021]本专利技术第三方面提供一种本专利技术第一方面提供的改性纳米碳材料在烷烃脱氢制备烯烃中的应用。
[0022]通过上述技术方案，将分子筛的焙烧过程中由于含氮有机模板剂脱出或分解产生的氨氮性气体加以现场直接利用，实现废气的资源化利用，同时可以制备得到具有更加优异的催化氧化性能的改性纳米碳材料。
[0023]本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
[0024]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0025]本专利技术第一方面提供一种制备改性纳米碳材料的方法，该方法包括：在含有模板剂的分子筛的焙烧过程中，将纳米碳材料和所述分子筛在300-600℃下一同焙烧1-12小时，焙烧过程中，气氛中氧含量为8-20体积％。
[0026]其中，将纳米碳材料和所述分子筛一同焙烧是指在同一设备中的相同气氛下对纳米碳材料和所述分子筛一起进行焙烧。
[0027]本专利技术的专利技术人发现，在分子筛焙烧过程中由于含氮有机模板剂脱出或分解产生的氨氮性气氛，可以直接现场用来对纳米碳材料进行改性，如此可以实现废气的资源化利用，同时能够制备出具有更加优异的催化氧化性能的改性纳米碳材料。本专利技术的方法能够在改性过程中在纳米碳材料的表面引入氮元素，即改性纳米碳材料表面含有氮元素，使得制备得到改性纳米碳材料具有更优的催化活性，进一步提高其原料的转化率和对目标产物的选择性。
[0028]在一种具体实施方式中，在300-600℃下，将纳米碳材料与含有模板剂的分子筛在同一焙烧设备内的相同气氛下一同焙烧1-12小时，焙烧气氛中的氧含量为8-20体积％。优
选地，将纳米碳材料和含有模板剂的分子筛在300-500℃下一同焙烧3-12小时。
[0029]在一种优选的具体实施方式中，该方法包括：将所述分子筛和纳米碳材料分别放置，且纳米碳材料位于分子筛的上方。
[0030]在另一种更优选的具体实施方式中，该方法包括：在氧含量为10-20体积％下，将所述分子筛和纳米碳材料分别放置，且纳米碳材料位于分子筛的上方，将二者在300-500℃下焙烧3-12小时。在该种具体实施方式中，分子筛焙烧脱除模板剂与纳米碳材料改性同时进行，在分子筛焙烧采用的设备内进行即可，可以减少设备投资而不用额外购买改性设备等进行固定资产的投资。与此同时，在焙烧过程中，分子筛中的含氮有机模板剂脱出或分解产生氨氮性气体能够直接与纳米碳材料充分接触，可以使得制备得到改性纳米碳材料具有更优的催化活性，可以进一步提高其对原料的转化率和对目标产物的选择性。
[0031]根据本专利技术，所述分子筛的焙烧处理和纳米碳材料的改性可以在本领域的技术人员所熟知的设备中进行，例如可以为马弗炉或管式炉。
[0032]在一种优选的具体实施方式中，该方法可以包括：将纳米碳材料和所述分子筛置于同一马弗炉中，在300-600℃下焙烧1-12小时，优选地在300-500℃下焙烧3-12小时，更优选地，在350-450℃下焙烧3-8小时。
[0033]在另一种优选的具体实施方式中，在马弗炉中，纳米碳材料与所述分子筛分别放置，且纳米碳材料位于分子筛的上方。根据本专利技术，对碳纳米材料和分子筛的具体相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备改性纳米碳材料的方法，该方法包括：在含有模板剂的分子筛的焙烧过程中，将纳米碳材料和所述分子筛在300-600℃下一同焙烧1-12小时，所述焙烧过程中，气氛中氧含量为8-20体积％。2.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法包括：将所述纳米碳材料和所述分子筛置于同一马弗炉中，在300-500℃下焙烧3-12小时。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米碳材料与所述分子筛分别放置，且所述纳米碳材料位于所述分子筛的上方。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：向马弗炉中通入氮气和/或氧气，以使所述马弗炉中的含氧量保持在9-17体积％，优选10-15体积％。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米碳材料与所述分子筛用量的重量比为1：(0.1-500)，优选为1：(1-100)。6.根据权利要求1所述的方法，其中，焙烧所述分子筛产生的气氛中含有季铵碱、氨、醇、脂肪胺或醇胺，或者为它们中两者或三者。7.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述分子筛的干基重量为基准，所述分子筛中所述模板剂的含量为1-20重量％。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模板剂为季铵碱类化合物、脂肪胺类化合物或醇胺类化合物，或者为它们中两者或三...

【专利技术属性】
技术研发人员：史春风，康振辉，王肖，孙悦，刘阳，黄慧，赵娟，周赟杰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：