【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于甲烷催化氧化，具体涉及一种以气凝胶为载体的催化剂及其在甲烷氧化中的应用。
技术介绍
1、甲烷(ch4)是全球最重要的化石燃料之一，储量丰富，广泛分布于天然气、页岩气、煤层气、可燃冰和沼气中，它不仅是一种常用的化石燃料，还是生产高附值化学品的重要原料。在以甲烷为原料生成的众多高附加值化学品中，甲醇(ch3oh)不仅是便于储存和运输的液体燃料,还是制备烯烃、芳烃和其他精细化学品的原料，因此其被认为是甲烷转化的理想产物之一。在工业上，以甲烷为原料合成甲醇的方法为间接法，即首先将甲烷在高温高压的条件下通过蒸汽重整转化为合成气(一氧化碳和氢气的混合气)。然后，合成气再通过费托合成转化为甲醇。此方法存在工艺流程繁杂、能耗大、反应成本高等问题，严重地阻碍了其可持续发展。
2、采用直接法将甲烷一步转化制甲醇，可以极大地简化工艺流程，降低反应成本。然而，在甲烷直接转化制甲醇的反应过程中，由于甲醇分子比甲烷分子更活泼，产物甲醇易过度氧化产生一氧化碳和二氧化碳。因此，需要合适的催化剂，在甲烷直接转化过程中，抑制甲醇发生过氧化反应，实现其定向转化。目前的甲烷催化氧化制备甲醛的催化剂有很多，但是普遍存在催化效率和甲醇选择比较低的问题，阻碍了甲烷一步转化制甲醇的工业化应用。
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种以气凝胶为载体的催化剂及其在甲烷氧化中的应用，通过碳气凝胶氨基化改性，提高了气凝胶载体中活性纳米金属的负载率，通过au、pt和pd协同
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种以气凝胶为载体的催化剂，催化剂由气凝胶载体和负载于载体上的活性组分组成，气凝胶载体为氨基改性碳气凝胶，活性组分包括纳米au、纳米pt和纳米pd，au的负载量为载体质量的3～6wt％，pt的负载量为载体质量的5～12wt％，pd的负载量为载体质量的12～25wt％；
4、催化剂的制备方法包括以下步骤：
5、s1、将氯金酸、氯铂酸和氯化钯溶于乙醇和乙二醇的混合溶液中，得到前驱体溶液；
6、s2、将气凝胶载体按一定比例加入前驱体溶液中，超声处理20～40min，将au3+、pt4+、pd2+吸附在气凝胶载体上；
7、s3、加入还原剂，105～115℃下反应2～4h，反应结束后，微孔过滤，丙酮、水清洗，真空干燥12h，制备得到催化剂。
8、进一步优选地，步骤s1中氯金酸、氯铂酸和氯化钯的摩尔比为1：1～2：2～5，前驱体溶液中氯金酸的摩尔浓度为0.10～0.15mol/l。
9、进一步优选地，步骤s1中乙醇和乙二醇按体积比1：1～3混合。
10、进一步优选地，还原剂为nabh4、kbh4、libh4、水合肼和柠檬酸钠中的一种。
11、进一步优选地，气凝胶载体的制备方法包括以下步骤
12、(1)将一定量的间苯二酚和甲醛混合溶解，再加入peg-2000混合均匀后得到溶液a，再取一定量的白油，向白油中加入二聚甘油二油酸酯，搅拌均匀得到溶液b；
13、(2)将溶液a倒入溶液b中，用高剪切分散乳化机乳化4～6min，搅拌加热至60℃反应8～12h，得到水凝胶微球，用二氯甲烷清洗后烘干干燥得到有机气凝胶，再将有机气凝胶放入管式炉中，通过碳化工艺得到碳气凝胶；
14、(3)将一定量的3-氨丙基三乙氧基硅烷加入甲苯中搅拌均匀得到3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液，将步骤(2)中碳气凝胶按固液比1:8～10加入3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中，80℃回流反应12～24h，然后用甲苯和正己烷清洗除去表面残余的溶剂，最后烘干干燥得到氨基改性碳气凝胶。
15、进一步优选地，间苯二酚和甲醛的摩尔比为1：2，peg-2000加入量为间苯二酚质量的2％。
16、进一步优选地，白油体积为溶液a体积的3倍，二聚甘油二油酸酯为白油总质量的1.5wt％。
17、进一步优选地，步骤(2)中碳化工艺具体为：将有机气凝胶以5℃/min速率升温至900℃，高温碳化3～5h，然后降温至880℃，通入co2活化剂，活化8～12h，得到高比表面积碳气凝胶。
18、进一步优选地，3-氨丙基三乙氧基硅烷和甲苯按体积比为1：10混合。
19、一种以气凝胶为载体的催化剂在甲烷氧化中的应用，在水溶液中，以氢/氧混合气体为氧化剂，在50～60℃通过催化剂直接氧化甲烷制备甲醇，甲醇的选择性≥90％。
20、本专利技术的有益效果：
21、本专利技术以气凝胶为载体的催化剂由气凝胶载体和负载于载体上的活性组分组成，其中气凝胶载体为氨基改性碳气凝胶，通过3-氨丙基三乙氧基硅烷对间苯二酚和甲醛基碳气凝胶氨基化改性，将碳气凝胶内部及表面富含氨基，提高了碳气凝胶对金属离子的吸附能力，从而提高气凝胶载体中活性纳米金属的负载率。本专利技术活性组分包括纳米au、纳米pt和纳米pd，通过au、pt和pd协同催化，可以在较低温度下即可实现甲烷的直接氧化制备甲醇，工艺条件简单，甲醇的选择性高，适合进行工业化推广应用。
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1.一种以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述催化剂由气凝胶载体和负载于载体上的活性组分组成，所述气凝胶载体为氨基改性碳气凝胶，活性组分包括纳米Au、纳米Pt和纳米Pd，所述Au的负载量为载体质量的3～6wt％，Pt的负载量为载体质量的5～12wt％，Pd的负载量为载体质量的12～25wt％；
2.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述步骤S1中氯金酸、氯铂酸和氯化钯的摩尔比为1：1～2：2～5，前驱体溶液中氯金酸的摩尔浓度为0.10～0.15mol/L。
3.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述步骤S1中乙醇和乙二醇按体积比1：1～3混合。
4.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述还原剂为NaBH4、KBH4、LiBH4、水合肼和柠檬酸钠中的一种。
5.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述气凝胶载体的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述间苯二酚和甲醛的摩尔比为1：2，PEG
7.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述白油体积为溶液A体积的3倍，所述二聚甘油二油酸酯为白油总质量的1.5wt％。
8.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述步骤(2)中碳化工艺具体为：将有机气凝胶以5℃/min速率升温至900℃，高温碳化3～5h，然后降温至880℃，通入CO2活化剂，活化8～12h，得到高比表面积碳气凝胶。
9.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷和甲苯按体积比为1：10混合。
10.如权利要求1～9任一项所述以气凝胶为载体的催化剂在甲烷氧化中的应用，其特征在于，在水溶液中，以O2和H2O2为氧化剂，以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂，在50～60℃通过所述催化剂直接氧化甲烷制备甲醇，甲醇的选择性≥90％。
...【技术特征摘要】
1.一种以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述催化剂由气凝胶载体和负载于载体上的活性组分组成，所述气凝胶载体为氨基改性碳气凝胶，活性组分包括纳米au、纳米pt和纳米pd，所述au的负载量为载体质量的3～6wt％，pt的负载量为载体质量的5～12wt％，pd的负载量为载体质量的12～25wt％；
2.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述步骤s1中氯金酸、氯铂酸和氯化钯的摩尔比为1：1～2：2～5，前驱体溶液中氯金酸的摩尔浓度为0.10～0.15mol/l。
3.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述步骤s1中乙醇和乙二醇按体积比1：1～3混合。
4.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述还原剂为nabh4、kbh4、libh4、水合肼和柠檬酸钠中的一种。
5.根据权利要求1所述的以气凝胶为载体的催化剂，其特征在于，所述气凝胶载体的制备方法包括以下步骤：
6.根据...
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