用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H-ZSM-5负载型催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H

【技术实现步骤摘要】
用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米金属负载型催化剂
，具体涉及一种用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]塑料制品具有低生产成本和多功能性的特点，广泛应用于食品包装、医疗设备以及多种一次性产品。但是，其使用周期短且降解难度高，造成了严重的环境污染和资源浪费。传统的回收方法(熔融再生、焚烧和填埋)会造成对生态环境的二次污染，而催化裂解技术可以使废弃塑料转化为具有高附加值的产物，不仅有效解决了“白色污染”，还在一定程度上缓解了化石能源紧缺的问题，是目前比较理想的回收处理方法。
[0003]由于聚乙烯塑料应用广泛，用量巨大，将其进行催化裂解是一项具有环境和经济效益的重要工作，而催化剂的性能直接决定了聚乙烯的转化率和目标产物的产率，因此探索研制高效催化剂仍是催化裂解技术的关键。
[0004]钌(Ru)基催化剂在此技术中的催化性能优异，但是，传统的Ru基催化剂会导致末端C
‑
C键断裂，造成严重的甲烷化，从而降低了回收效益，限制该技术的发展。同时，沸石分子筛是一类含有规整孔道的硅铝酸盐材料，由四面体单元组成，由于它具有比表面积大、热稳定性好、酸性位点丰富等特点，常被用于催化裂解反应。其中，酸性沸石催化剂(如HZSM
‑
5、HY、Hβ)常被用于聚乙烯的催化裂解。将贵金属负载到分子筛上，通过调控金属活性位点与分子筛载体的协同作用，可有效调控聚乙烯裂解催化剂的性能，实现在温和条件下将聚乙烯转化为具有高附加值的液体燃料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂及其制备方法和应用，利用水热法合成具有空心六棱柱结构的H
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ZSM
‑
5分子筛材料作为载体，然后对载体进行贵金属Ru的负载。该方法利用金属与分子筛载体的协同效应调控了催化剂的微结构，提高了催化剂的传质及Ru活性位点的利用率，进而实现了对聚乙烯催化裂解反应性能的调控，使所制备的催化剂在相对温和的条件下可获得较高的液态烷烃(C5‑
C
21
)产率，为废弃塑料裂解以及负载型金属催化剂制备提供了一种操作简单且成本低的策略。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂，是由金属Ru均匀负载于H
‑
ZSM
‑
5载体上形成，所述H
‑
ZSM
‑
5载体为空心六棱柱形貌。
[0008]该Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂中，Ru负载量为1.0
‑
5.0wt.％，Al含量为0.8
‑
2.5wt.％。
[0009]所述用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂的制备方法：该方法首
先通过水热法合成H
‑
ZSM
‑
5分子筛材料，即为H
‑
ZSM
‑
5载体，然后通过浸渍法将钌盐负载到H
‑
ZSM
‑
5载体上，经热处理后得到Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂。
[0010]该方法具体包括如下步骤：
[0011](1)H
‑
ZSM
‑
5分子筛材料的合成：将原硅酸四乙酯(TEOS)与四丙基氢氧化铵(TPAOH)分别加入到一定量的去离子水中，得到澄清溶液，并在室温条件下充分搅拌3
‑
5小时，搅拌结束后将所得物料装入高压反应釜中，在160
‑
180℃烘箱中反应10
‑
14小时，然后进行离心分离并用去离子水和无水乙醇洗涤沉淀物，再将所得沉淀物转移到烘箱中进行烘干；将其研磨成粉末，在400
‑
600℃空气气氛下处理5
‑
7小时，得到S
‑
1材料。将S
‑
1材料分散到含有异丙醇铝的四丙基氢氧化铵溶液中，超声30
‑
60分钟，使固体均匀分散，再将所得物料装入高压反应釜中，在160
‑
180℃烘箱中反应20
‑
26小时，然后进行离心分离并用去离子水和无水乙醇洗涤沉淀物，再将所得沉淀物转移到烘箱中进行烘干；将其研磨成粉末，在400
‑
600℃空气气氛下处理5
‑
7小时，得到H
‑
ZSM
‑
5分子筛材料；
[0012](2)将适量氯化钌水合物溶于去离子水中，充分搅拌至完全溶解，加入适量步骤(1)所制备的H
‑
ZSM
‑
5分子筛材料，超声搅拌至完成均匀分散，再将所得分散液放入60℃烘箱中浸渍24小时，获得负载钌盐的催化剂前体；
[0013](3)将步骤(2)所得负载钌盐的催化剂前体转移至80℃烘箱烘干；
[0014](4)将经步骤(3)处理后的催化剂前体在氢气和氩气混合气氛中进行热处理后，即得到所述Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂。
[0015]上述步骤(1)中，所述原硅酸四乙酯、四丙基氢氧化铵和去离子水的投料体积比为(0.8
‑
1.2)：(0.8
‑
1.2)：(8.0
‑
8.5)；将S
‑
1材料分散到含有异丙醇铝的四丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液中的过程中，异丙醇铝、S
‑
1材料、四丙基氢氧化铵和去离子水的投料质量比为1：60：(190
‑
195)：(4800
‑
5000)，所述含有异丙醇铝的四丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液是由异丙醇铝、四丙基氢氧化铵(TPAOH)和水混合而成。
[0016]上述步骤(2)中，所述分散液中氯化钌水合物与H
‑
ZSM
‑
5分子筛材料的比例由所需要的负载量确定。
[0017]上述步骤(4)中，所述热处理过程中的升温速率为2～5℃/min，处理温度为100
‑
150℃，保温时间2小时。
[0018]上述步骤(4)中，所述氢气和氩气混合气氛中氢气含量为10vol.％
[0019]所述Ru/H
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ZSM
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5负载型催化剂应用于高密度聚乙烯催化裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
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5负载型催化剂，其特征在于：该催化剂是由金属Ru均匀负载于H
‑
ZSM
‑
5载体上形成，所述H
‑
ZSM
‑
5载体为空心六棱柱形貌。2.根据权利要求1所述的用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂，其特征在于：该Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂中，Ru负载量为1.0
‑
5.0wt.％，Al含量为0.8
‑
2.5wt.％。3.根据权利要求1所述的用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂的制备方法，其特征在于：该方法首先通过水热法合成H
‑
ZSM
‑
5分子筛材料，即为H
‑
ZSM
‑
5载体，然后通过浸渍法将钌盐负载到H
‑
ZSM
‑
5载体上，经热处理后得到Ru/H
‑
ZSM
‑
5负载型催化剂。4.根据权利要求3所述的用于聚乙烯催化裂解反应的Ru/H
‑
ZSM
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5负载型催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)H
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ZSM
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5分子筛材料的合成：将原硅酸四乙酯(TEOS)与四丙基氢氧化铵(TPAOH)分别加入到一定量的去离子水中，得到澄清溶液，并在室温条件下充分搅拌3
‑
5小时，搅拌结束后将所得物料装入高压反应釜中，在160
‑
180℃烘箱中反应10
‑
14小时，然后进行离心分离，分离出的沉淀物用去离子水和无水乙醇洗涤；再将洗涤后的沉淀物转移到烘箱中进行烘干；将烘干后的沉淀物研磨成粉末，在400
‑
600℃空气气氛下处理5
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7小时，得到S
‑
1材料；将S
‑
1材料分散到含有异丙醇铝的四丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液中，超声30
‑
60分钟，使固体均匀分散，再将所得物料装入高压反应釜中，在160
‑
180℃烘箱中反应20
‑
26小时，然后进行离心分离并用去离子水和无水乙醇洗涤沉淀物，再将所得沉淀物转移到烘箱中进行烘干；将其研磨成粉末，在400
‑
600℃空气气氛下处理5
‑
7小时，得到H
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炳森，高丽，刘婕，仲夏，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：