【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂制备领域，具体涉及一种碳包覆型催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、氯气是重要的化工基础原料，其主要产业领域为化工合成材料和有机氯中间体。然而，大多数涉氯的反应对氯资源的利用率都往往较低，产生大量副产氯化氢。目前工业上处理副产氯化氢的方法主要是用水吸收后制成低廉的盐酸出售，但是一般副产氯化氢经水吸收后制得的盐酸品质较低，且运输成本高，加之当前的盐酸市场需求量十分有限，进一步限制了副产氯化氢的处理。若将副产氯化氢转化为氯气，不但可解决副产氯化氢资源的浪费，还可实现氯资源闭路循环利用，是处理和回收副产氯化氢最有效的方法。
2、目前，用氯化氢制备氯气的方法主要有直接氧化法、电解法和催化氧化法。其中，催化氧化法是在催化剂条件下，用氧气将氯化氢氧化为氯气和水的方法，具有氯化氢原料适应性强、操作稳定、能耗低、无副反应、设备成本低等优点，是处理副产氯化氢并实现氯资源化利用的最佳途径。该方法过程如下：
3、2hcl+1/2o2→cl2+h2o-57.7kj/mol。
4、氯化氢催化氧化制备氯气这一反应属于可逆放热反应，尽管提高反应温度可增加反应速率，但同时催化剂的使用寿命也会相应的降低，加之氯化氢的高腐蚀性，催化剂的使用寿命会进一步下降。因此，研发低温高活性、稳定性优异的催化剂是实现工业上氯化氢高效转化为氯气的技术关键。自铜基催化剂应用于氯化氢催化氧化制备氯气中以来，铁基、铬基等过渡金属催化剂相继推出，近年来又发展了高活性的钌基、铈基以及适宜的金属氧化物催化剂。尽管这些催化剂在氯化氢催
5、为此，中国专利cn101125297a公开了以铜盐、钾盐和稀土金属盐为活性组分的催化剂，尽管氯气的收率可达80.1％，但是在较高温度下铜盐活性组分易流失，造成催化剂的使用寿命较短。中国专利cn1915800a公开了以贵金属钌为活性组分制备氯化氢催化转化制备氯气的催化剂，尽管使用寿命得到了基本的保证，但是催化剂的制备成本很高，不利于工业化。因此，对于既能耐氯化氢腐蚀、高活性、稳定性、制备成本低的催化剂被应用于氯化氢催化氧化制备氯气方面国内仍有较大的空白。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有用于氯化氢催化氧化制备氯气的催化剂存在的活性组分易流失、成本高的问题，提供一种碳包覆型催化剂及其制备方法与应用。该催化剂具有高活性、成本低、寿命长以及耐氯化氢腐蚀的优点，所述制备方法简单，应用于氯化氢催化氧化制备氯气的反应中，氯气具有高转化率，具有极大的应用前景。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种碳包覆型催化剂，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分为碳包铜纳米颗粒，所述催化剂中活性组分的负载量为5～50wt％，碳包铜纳米颗粒由层状碳材料包覆纳米铜单质组成，碳包铜纳米颗粒中铜含量为10～68wt％。
4、优选的，所述催化剂中活性组分的负载量为15～50wt％；优选的，碳包铜纳米颗粒中铜含量为40～66％。优选的，所述载体为活性氧化铝小球，载体的平均粒径为0.5～4.5mm。
5、优选的，所述碳包铜纳米颗粒的粒径为5～60nm，进一步优选为30～40nm。
6、优选的，所述碳包铜纳米颗粒的制备方法选自气相沉积法、溶剂热法或水热法、电化学法、氧化还原法等，其中优选气相沉积法。
7、进一步优选的，碳包铜纳米颗粒的制备方法为：
8、在惰性气氛下，将煤炭和环烷酸铜分阶段加热，第一阶段升温至120～200℃，保温0.5～2小时；第二阶段升温至900～1000℃，保温1～4小时，冷却后即得碳包铜纳米颗粒。
9、进一步优选的，所述第一阶段升温温度为150℃；第二阶段升温温度为950℃。
10、优选的，所述煤炭为含碳量较高且易于石墨化的煤炭，含碳量大于75wt％。
11、优选的，所述煤炭和环烷酸铜的质量比为0.5～4:1。进一步优选的，所述煤炭和环烷酸铜的质量比为1～4:1。
12、优选的，所述煤炭先进行预处理，所述预处理方法为研磨过200目筛，105℃下烘12小时。
13、优选的，升温采用程序升温，升温速率为5～15℃/min，进一步优选升温速率为10℃/min。
14、优选的，所述冷却为通入氮气冷却。
15、在炉温约为150℃时，环烷酸铜发生升华并充分分散于反应器中。在温度升高至900～1000℃过程中，大部分煤炭热解得到的煤基碳分子会吸附、活化并溶解在由环烷酸铜热解产生的cu纳米颗粒的表面。当cu纳米颗粒的碳溶解量达过饱和状态后，碳原子会以有序的结晶态析出，并规整地排布在cu纳米颗粒的表层以形成类石墨烯的碳层，最终形成碳包铜纳米颗粒。少量难以活化的碳质物则会在反应后冷却的过程中随着n2气流沉积在反应器的尾部，从而与沉积在反应器中部的碳包铜分离。
16、铜纳米颗粒表面包覆碳层，能有效的避免铜组分的流失。这是因为hcl和o2能透过碳层进入到催化剂内部在纳米铜的催化作用下产生cl2以及水蒸气，而cl2和水蒸气同样能透过碳层被释放到反应环境中，此过程催化剂内部的铜纳米颗粒被碳层保护不易流失。
17、本专利技术还提供一种碳包覆型催化剂的制备方法，
18、将上述制备得到的碳包铜纳米颗粒分散于水中，等体积浸渍在活性氧化铝小球上，经干燥、焙烧得到碳包覆型催化剂。
19、本专利技术还提供上述碳包覆型催化剂在氯化氢催化氧化制备氯气中的应用。
20、将上述碳包覆型催化剂应用于氯化氢催化氧化制备氯气中，将氯化氢气体、氧气通入装载有上述催化剂的固定管式反应器中，反应温度为320～400℃，氯化氢质量空速为0.1～1.8h-1，氯化氢气体和氧气的摩尔比为(1～4)：(1～2)，所述催化氧化反应的压力为1～4atm。
21、优选的，所述催化氧化反应的压力为1～2atm。
22、优选的，所述催化氧化反应的温度为320～380℃。
23、与现有技术相比，本专利技术技术方案至少具有如下有益效果：
24、(1)本专利技术提供的碳包覆催化剂由于活性组分被包裹在碳材料的内部，在反应过程中能极大的降低催化剂中活性组分的流失以及失活，提高催化剂的稳定性，从而提高催化剂的使用寿命。反应240小时后，氯化氢转化率仍然在85％以上，催化活性几乎没有降低，说明铜流失率极低。
25、(2)本专利技术提供的碳包覆催化剂中的碳是用煤炭来制备的，被碳包覆的活性组分为铜单质，均是价格低廉的材料，制备成本低。
26、(3)本专利技术采用气相沉淀法，使环烷酸铜转变为铜纳米颗粒，碳材料经过气化沉积包覆在铜纳米颗粒表面，形成类石墨烯的碳层，最终形成碳包铜纳米颗粒，然后将其浸渍在活性氧化铝表面，制备方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳包覆型催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分为碳包铜纳米颗粒，所述催化剂中活性组分的负载量为5～50wt％，碳包铜纳米颗粒由层状碳材料包覆纳米铜单质组成，碳包铜纳米颗粒中铜含量为10～68wt％。
2.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的负载量为15～50wt％；碳包铜纳米颗粒中铜含量为40～66wt％。
3.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述载体为活性氧化铝小球。
4.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述碳包铜纳米颗粒的制备方法选自气相沉积法、溶剂热法、水热法、电化学法、氧化还原法中的一种。
5.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，碳包铜纳米颗粒的制备方法为：
6.根据权利要求5所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述煤炭和环烷酸铜的质量比为0.5～4:1。
7.根据权利要求6所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述煤炭和环烷酸铜的质量比为1～4:1。
8.根据权利要求5所述的碳包覆型催
9.权利要求1～8任一项所述碳包覆型催化剂的制备方法，其特征在于，
10.权利要求1～8任一项所述碳包覆型催化剂在氯化氢催化氧化制备氯气中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳包覆型催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分为碳包铜纳米颗粒，所述催化剂中活性组分的负载量为5～50wt％，碳包铜纳米颗粒由层状碳材料包覆纳米铜单质组成，碳包铜纳米颗粒中铜含量为10～68wt％。
2.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述催化剂中活性组分的负载量为15～50wt％；碳包铜纳米颗粒中铜含量为40～66wt％。
3.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述载体为活性氧化铝小球。
4.根据权利要求1所述的碳包覆型催化剂，其特征在于，所述碳包铜纳米颗粒的制备方法选自气相沉积法、溶剂热法、水热法、电化学法、...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙金燕，路国伟，朱延松，徐钰盛，李雪冰，
申请(专利权)人：山东东岳氟硅材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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