【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及正丁烷直接脱氢反应催化剂，具体涉及一种纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、烷烃脱氢是制备高附加值烯烃的重要途径，工业生产丙烯的途径之一就是丙烷直接脱氢。烷烃脱氢反应的关键步骤是c-h键的活化和烯烃脱附。工业上常用的催化剂(如铂基催化剂)都具有一定的c-h活化能力。但是由于c-h的活化能力有限，需要提高反应温度来提高烷烃转化率，因此通常丙烷直接脱氢反应温度超过550℃，基础研究中丁烷直接脱氢反应温度超过500℃。但是高温条件不仅会增加能耗，在反应的过程中还会引起催化剂结构改变，使催化剂的活性和寿命降低。因此，开发在较低温度下，具有高活性的催化剂十分重要。
2、近年来，单原子催化剂在很多反应中具有理想的催化剂活性。对于在负载型贵金属催化剂上，贵金属原子在载体表面呈单原子分散，可以实现贵金属原子利用率100％，在工业生产中节约了催化剂的制备成本。针对烷烃脱氢反应，一些金属单原子催化剂体现出优异的活性和选择性，如al2o3负载ni单原子、分子筛限域fe单原子和co单原子、掺n碳材料负载ru单原子。但是，单原子催化剂在烷烃脱氢反应中的应用依然是有限。这是由于单原子表面自由能较高，在高温条件下会发生团聚，导致活性下降。同时，由于单原子与周围原子配位接近饱和，单原子对反应物和中间体的吸附能力较弱，c-h活化能力有待提升。
3、金属助剂是烷烃脱氢反应中提升催化剂性能的常见策略。引入第二种金属作助剂，通过金属间相互作用，不仅可以大幅度提高催化剂稳定性，抑制高温团聚，还可
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂及其制备方法和应用。所制备的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂用于正丁烷直接脱氢制丁烯时，在较低的温度下能有效的催化正丁烷脱氢为丁烯。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，该催化剂以铱铜双原子为活性材料，纳米金刚石/石墨烯复合材料为载体，铱和铜以双原子对的形式均匀的分散在纳米金刚石/石墨烯复合材料载体表面，并与石墨烯缺陷上的碳原子成键。
4、所述纳米金刚石/石墨烯复合材料为核壳结构，纳米金刚石为核，石墨烯为壳；铱和铜以双原子对形式均匀分散在石墨烯壳层表面，同时，铱和铜均为原子级分散，并与石墨烯缺陷上的碳原子成键。
5、该催化剂中，铱的含量为0.001-1wt％，铜的含量为0.001-1wt％。
6、所述纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂的制备方法，包括如下步骤：
7、(1)以纳米金刚石为原料，制备纳米金刚石/石墨烯复合材料；
8、(2)通过浸渍的方法将铱物种和铜物种负载在纳米金刚石/石墨烯复合材料上，得到铱铜基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物；
9、(3)将铱铜基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物置于石英管中，在含氧混合气中进行氧化处理后，然后在惰性气体中进行煅烧处理，降至室温后即得到所述纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂。
10、步骤(1)中纳米金刚石/石墨烯复合材料载体的制备过程为：将纳米金刚石原料进行高温焙烧处理，得到石墨化后的纳米金刚石即为纳米金刚石/石墨烯复合材料载体；高温焙烧处理过程为：将纳米金刚石原料置于900-1100℃和80-150ml/min的惰性气氛中进行处理，处理时间3-8h，焙烧处理后获得纳米金刚石/石墨烯复合材料。
11、步骤(2)中，所述浸渍法的过程为：在25ml烧杯中加入2-5ml乙醇，按比例取氯铱酸水溶液和氯化亚铜水溶液于烧杯中，将经步骤(1)焙烧处理后所得纳米金刚石/石墨烯复合材料放入小烧杯中，超声2-10min分散均匀，在敞开条件下用磁力搅拌器下搅拌12-24h，然后在真空条件下保温10-24h，保温温度为60-150℃，降温至室温后，在纳米金刚石/石墨烯复合材料上负载有铱物种和铜物种，即得到铱铜基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物。
12、步骤(3)氧化处理的过程中，所述含氧混合气是由氧气和惰性气体混合而成，其中，氧气体积分数为2-50％，含氧混合气的流速为30-100ml/min，处理温度为200-400℃，处理时间为1-3h；步骤(3)煅烧处理的过程中，惰性气体流速为30-100ml/min，煅烧处理温度为400-600℃，煅烧处理时间为1-5h；煅烧处理后在流速7-100ml/min惰性气体中降到室温，取出、收集后即得到所述纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂；所述惰性气体的种类为氮气、氩气或氦气。
13、将所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂作为正丁烷直接脱氢反应的催化剂。催化剂的使用温度为380-600℃；催化反应条件为：空速1000-90000ml/g·h，正丁烷摩尔浓度1-5％，正丁烷与氢气的摩尔比为1:(0.5-5)。所述丁烯为1-丁烯和/或2-丁烯。催化剂使用过程中活性及稳定性良好。
14、本专利技术具有如下优点和有益效果：
15、1、本专利技术首次在纳米金刚石/石墨烯复合材料上制备铱铜原子对催化剂，也是首次将双原子对催化剂用于烷烃脱氢反应。
16、2、本专利技术所采用的纳米碳负载的贵金属催化剂在较低的温度下(380～450℃)就可以得到较高的正丁烷直接脱氢反应活性，远低于传统工业装置的操作温度(500-650℃)，可以大幅降低反应能耗。
17、3、本专利技术催化剂对环境无污染，环保高效。
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1.一种纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，其特征在于：该催化剂以铱铜双原子为活性位点，纳米金刚石/石墨烯复合材料为载体，铱和铜以双原子对的形式均匀的分散在载体表面。
2.根据权利要求1所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，其特征在于：所述纳米金刚石/石墨烯复合材料为核壳结构，纳米金刚石为核，石墨烯为壳；铱和铜以双原子对形式均匀分散在石墨烯壳层表面，同时，铱和铜均为原子级分散，并与石墨烯缺陷上的碳原子成键。
3.根据权利要求1所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，其特征在于：该催化剂中铱的含量为0.001-1wt％，铜的含量为0.001-1wt％。
4.根据权利要求1所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中纳米金刚石/石墨烯复合材料载体的制备过程为：将纳米金刚石原料进行高温焙烧处理，得到石墨化后的纳米金刚石即为纳米金刚石/石墨烯复合材料载体；高温焙烧处理过程
6.根据权利要求4所述的铱铜基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述浸渍法的过程为：在25ml烧杯中加入2-5ml乙醇，按比例取氯铱酸水溶液和氯化亚铜水溶液于烧杯中，将经步骤(1)焙烧处理后所得纳米金刚石/石墨烯复合材料放入小烧杯中，超声2-10min分散均匀，在敞开条件下用磁力搅拌器下搅拌12-24h，然后在真空条件下保温10-24h，保温温度为60-150℃，降温至室温后，在纳米金刚石/石墨烯复合材料上负载有铱物种和铜物种，即得到铱铜基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物。
7.根据权利要求4所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)氧化处理的过程中，所述含氧混合气是由氧气和惰性气体混合而成，其中氧气体积分数为2-50％，含氧混合气的流速为30-200mL/min，氧化处理温度为200-400℃，氧化处理时间为1-3h；步骤(3)煅烧处理的过程中，惰性气体流速为30-200mL/min，煅烧处理温度为400-600℃，煅烧处理时间为1-5h；煅烧处理后在流速为7-200mL/min惰性气体中降到室温，取出、收集后即得到所述纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂；所述惰性气体的种类为氮气、氩气或氦气。
8.根据权利要求1的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂在正丁烷直接脱氢中的应用，其特征在于：该催化剂用于正丁烷直接脱氢制备丁烯。
9.根据权利要求8所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂在正丁烷直接脱氢中的应用，其特征在于：所述正丁烷直接脱氢反应过程中，催化剂的使用温度为380-600℃；催化反应条件为：空速1000-90000ml/g·h，正丁烷摩尔浓度1-5％，正丁烷与氢气的摩尔比为1:(0.5-5)。
10.根据权利要求5所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂在正丁烷直接脱氢中的应用，其特征在于：所述丁烯为1-丁烯和/或2-丁烯。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，其特征在于：该催化剂以铱铜双原子为活性位点，纳米金刚石/石墨烯复合材料为载体，铱和铜以双原子对的形式均匀的分散在载体表面。
2.根据权利要求1所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，其特征在于：所述纳米金刚石/石墨烯复合材料为核壳结构，纳米金刚石为核，石墨烯为壳；铱和铜以双原子对形式均匀分散在石墨烯壳层表面，同时，铱和铜均为原子级分散，并与石墨烯缺陷上的碳原子成键。
3.根据权利要求1所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂，其特征在于：该催化剂中铱的含量为0.001-1wt％，铜的含量为0.001-1wt％。
4.根据权利要求1所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中纳米金刚石/石墨烯复合材料载体的制备过程为：将纳米金刚石原料进行高温焙烧处理，得到石墨化后的纳米金刚石即为纳米金刚石/石墨烯复合材料载体；高温焙烧处理过程为：将纳米金刚石原料置于900-1100℃和80-150ml/min的惰性气氛中进行处理，处理时间3-8h，焙烧处理后获得纳米金刚石/石墨烯复合材料。
6.根据权利要求4所述的铱铜基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述浸渍法的过程为：在25ml烧杯中加入2-5ml乙醇，按比例取氯铱酸水溶液和氯化亚铜水溶液于烧杯中，将经步骤(1)焙烧处理后所得纳米金刚石/石墨烯复合材料放入小烧杯中，超声...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪阳，陈晓雯，刁江勇，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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