【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、催化剂作为化学工业的基础在现代化工生产中起着至关重要的作用，其中金属催化剂由于制备工艺简单、成本低、活性高、选择性高等优点而应用广泛。当金属颗粒尺寸达到纳米级甚至更小时，可以提高金属的原子利用率，甚至利用材料的尺寸效应，提高金属催化剂的催化活性。但是金属颗粒的粒径越小，意味着表面能增大，稳定性降低，金属颗粒容易团聚，尤其是在较高的温度下。金属催化剂的烧结是催化剂失活的一个主要原因，保持高分散性的同时保持催化剂的活性是催化领域的一个难题，制备同时具有高活性和高热稳定性的金属催化剂是化工领域的重要研究内容。
2、特别地，目前很多重要的工业催化过程，如丙烷脱氢、甲烷二氧化碳重整和催化重整等高温催化反应的反应温度常常高达500℃以上，极易导致金属催化剂因高温烧结而迅速失活，这极大地限制了金属催化剂在这些领域的实际应用。因此，开发兼具高催化活性和高温抗烧结性能的双功能金属催化体系一直以来是催化领域亟待解决的科学前沿问题，也是其工业应用取得突破的关键因素。
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种金属催化剂及其制备方法和应用，旨在解决现有金属催化剂在高温催化反应中不能同时兼具高催化活性和高温抗烧结性能的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种金属催化剂，所述金属催化剂包括复合载体、负载在复合载体上的金属，所述复合载体由第一载体和第二载体组成，所述第一载体与金属的亲和作用
4、在本专利技术中，通过选择第一载体与金属的亲和作用比第二载体与金属亲和作用强，从而金属在第一载体和第二载体上存在势能差，进而形成了低势能区域和高势能区域，金属会自发从高势能区域向低势能区域转移，并牢牢稳定在低势能区域上，形成亚稳态，从而金属催化剂的稳定性好、抗烧结能力好，同时催化活性高，选择性好。
5、本专利技术中，第一载体是主要的载体部分，而之所以选择第一载体和第二载体制成复合载体，是为了让金属选择性的落在第一载体上，第一载体对金属具有较强的亲和作用，因此金属会选择性落位，如果仅仅只有一种载体，金属直接负载在一个载体上，金属颗粒会聚集导致大小不一，并且金属会迁移从而导致催化剂不稳定，另外，在高温反应催化过程中，金属颗粒会随着反应的进行逐渐长大导致催化剂的循环性能严重降低。而如果有两个载体，第一载体均匀分散在第二载体上，金属落在第一载体上，第一载体对金属起到固定的作用。金属不会再迁移，也容易形成大小均一的金属颗粒。因此，本专利技术选择第一载体和第二载体制成复合载体，可以使金属在第一载体上选择性落位，如果只用一种载体，都达不到相应的技术效果
6、进一步地，所述金属为fe、co、cu、ni、bi、zn、pt、sn、ir、rh或pd中的至少一种。
7、在本专利技术中，选择的金属均为活性金属，用于制备高温催化反应的催化剂时，可使催化剂的催化性能好。
8、进一步地，所述第一载体为tio2、zro2、mno2中的至少一种。
9、进一步地，所述第二载体为sio2、al2o3、分子筛和蒙脱土中的至少一种，这些载体的孔道比表面积这些性质是满足了负载的要求。
10、在本专利技术中，选择第一载体为tio2、zro2、mno2中的至少一种，选择第二载体为sio2、al2o3、分子筛、蒙脱土中的至少一种，是因为上述的活性金属与tio2、zro2或mno2亲和作用比活性金属与sio2、al2o3、分子筛、蒙脱土的亲和作用强，从而金属在第一载体和第二载体上可形成势能差。
11、进一步地，所述第一载体与所述第二载体的质量比(1～20):100。
12、在本专利技术中，选择第一载体与所述第二载体的质量比(1～20):100，是因为第一载体过少，一方面金属会过度聚集造成金属颗粒粒径变大，另一方面金属直接分布在第二载体上发挥不出第一载体该有的效果；而第一载体过多，一方面金属过度分散会造成金属颗粒粒径过小，另一方面第二载体直接包裹住金属颗粒会使催化剂的丧失活性。
13、进一步地，所述金属的负载量基于金属催化剂的质量计为0.01～10wt.％。
14、在本专利技术中，选择金属的负载量为0.01～10wt.％，是因为当金属的负载量过少，催化剂的活性消失；当金属负载量过大，一方面会造成金属过度聚集，另一方面使用贵金属的成本增加。
15、本专利技术的第二方面提供上述金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：
16、s1、将第一载体加入到溶剂中，在室温下搅拌均匀，然后加入第二载体，搅拌均匀2-8h后，除去溶剂，在60-120℃下干燥过夜，随后在550℃-700℃下焙烧2h-6h，冷却后进行压片筛分，取复合载体颗粒备用，优选为80-120目的复合载体颗粒。
17、s2、将至少一种金属盐溶于溶剂中，充分混合均匀后形成混合溶液，将步骤s1制备好的复合载体颗粒在混合溶液中浸渍，超声0.5-1h后，在60～120℃下干燥过夜，随后在300-850℃下焙烧1.5-3h，随后于550℃-850℃的氢氩混合气氛围中还原2-4h。
18、进一步地，所述步骤s1中的溶剂为水、乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸乙酯、异丁醇、苯、石油醚、甲苯中的至少一种，所述步骤s2中的溶剂为盐酸和/或去离子水。
19、本专利技术的第三方面提供上述的金属催化剂的应用，所述金属催化剂用于丙烷脱氢反应、甲烷二氧化碳重整反应或催化重整反应的一种。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
21、(1)本专利技术提供的金属催化剂，通过选择第一载体与金属的亲和作用比第二载体与金属有强亲作用强，从而金属在第一载体和第二载体上存在势能差，进而形成了低势能区域和高势能区域，金属会自发从而高势能区域向低势能区域转移，并牢牢稳定在低势能区域上，形成亚稳态，从而金属催化剂稳定性好、抗烧结能力好，同时当催化剂为多金属催化剂时，金属自发向第一载体区域转移，使得多金属催化剂更容易形成合金催化剂，催化性能好。
22、(2)本专利技术制得的金属催化剂，用于高温催化反应时，催化活性好、选择性高、积碳选择性低。
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1.一种金属催化剂，所述金属催化剂包括复合载体、负载在复合载体上的金属，所述复合载体由第一载体和第二载体组成，其特征在于，所述第一载体与金属的亲和作用比第二载体与金属的亲和作用强，所述第一载体为纳米级载体。
2.根据权利要求1所述的金属催化剂，其特征在于，所述金属为Fe、Co、Cu、Ni、Bi、Zn、Pt、Sn、Ir、Rh和Pd中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的金属催化剂，其特征在于，所述第一载体为TiO2、ZrO2、MnO2中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的金属催化剂，其特征在于，所述第二载体为SiO2、Al2O3、分子筛和蒙脱土中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的金属催化剂，其特征在于，所述第一载体与所述第二载体的质量比(1～20):100。
6.根据权利要求1所述的金属催化剂，其特征在于，所述金属的负载量基于金属催化剂的质量计为0.01～10wt.％。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的金属催化剂的制备方法，其特
9.一种如权利要求1-6任一项所述的金属催化剂的应用，其特征在于，所述抗烧结金属催化剂用于丙烷脱氢反应、甲烷二氧化碳重整反应和催化重整反应中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种金属催化剂，所述金属催化剂包括复合载体、负载在复合载体上的金属，所述复合载体由第一载体和第二载体组成，其特征在于，所述第一载体与金属的亲和作用比第二载体与金属的亲和作用强，所述第一载体为纳米级载体。
2.根据权利要求1所述的金属催化剂，其特征在于，所述金属为fe、co、cu、ni、bi、zn、pt、sn、ir、rh和pd中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的金属催化剂，其特征在于，所述第一载体为tio2、zro2、mno2中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的金属催化剂，其特征在于，所述第二载体为sio2、al2o3、分子筛和蒙脱土中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的金属催化剂，...
【专利技术属性】
技术研发人员：安怀清，邹国军，马瑞，赵朋伟，
申请(专利权)人：化学与精细化工广东省实验室，
类型：发明
国别省市：
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