尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑及其制備方法和催化應用技術

本發明專利技術涉及尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑及其制備方法，其在乙炔選擇加氫制備乙烯中的催化應用。制備方法是將氧化亞銅納米晶置于玻璃容器中，逐滴加入Pd/Cu2O質量比為0.001％-10％的鈀前驅體溶液，并不斷攪拌，加入溶液結束后，再繼續攪拌半小時。再將得到的產物進行離心分離，并用無水乙醇及超純水洗滌多次，最后在真空中干燥即成。該催化劑在乙炔選擇加氫制乙烯催化反應選中表現出優秀的活性、選擇性和穩定性。本發明專利技術方法簡單方便，無有害副產物產生，通過控制鈀納米粒子負載在氧化亞銅中的尺寸，可控制乙炔選擇加氫反應產物的選擇性，提高反應的轉化率。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑及其制備方法，其在乙炔選擇加氫制備乙烯中的催化應用。制備方法是將氧化亞銅納米晶置于玻璃容器中，逐滴加入Pd/Cu2O質量比為0.001％-10％的鈀前驅體溶液，并不斷攪拌，加入溶液結束后，再繼續攪拌半小時。再將得到的產物進行離心分離，并用無水乙醇及超純水洗滌多次，最后在真空中干燥即成。該催化劑在乙炔選擇加氫制乙烯催化反應選中表現出優秀的活性、選擇性和穩定性。本專利技術方法簡單方便，無有害副產物產生，通過控制鈀納米粒子負載在氧化亞銅中的尺寸，可控制乙炔選擇加氫反應產物的選擇性，提高反應的轉化率?！緦＠f明】尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑及其制備方法和催化應用
本專利技術屬于納米材料領域，具體涉及一種納米材料及其制備方法，特別涉及一種具有尺寸依賴效應的鈀-氧化亞銅納米催化劑及其制備方法，確切地說是一種可用于乙炔選擇加氫反應的尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑及其制備方法。
技術介紹
鈀是一種新型、對環境友好的貴金屬材料，具有較高的催化活性，同時還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優良特性，成為最重要的催化劑材料，目前應用非常廣泛。絕大多數非均相催化劑為載體負載貴金屬型，如Pd/Al203、Pd/C、Pd/Ce02等。鈀催化劑由于其高效的催化活性和選擇性，在石油、化工、能源等領域中占有極其重要的地位。鈀催化劑被廣泛應用到工業中，因為它們在大量重要的化學反應中都有高活性和高選擇性。金屬粒子的大小，是決定一個催化劑的性能的重要因素。亞納米簇要比納米粒子有較好的催化活性和選擇性。低配位，不飽和原子往往會作為活性位。因此將粒子或團簇降低來進行催化反應是值得的。乙烯是世界上產量最大的化學產品之一，乙烯工業是石油化工產業的核心，乙烯產品占石化產品的75%以上，在國民經濟中占有重要的地位。世界上已將乙烯產量作為衡量一個國家石油化工發展水平的重要標志之一，同時乙烯也是合成纖維、合成橡膠、合成塑料、合成乙醇的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、環氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸藥等。乙炔是工業上制備乙烯的重要原料，也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡膠、合成纖維等的基本原料，同時可用來照明、焊接以及切斷金屬等。乙炔加氫反應是目前工業上應用非常廣泛，是工業制備乙烯以及除去乙烯中的乙炔的主要方法之一。由于乙炔加氫反應會生成乙烷、丁二烯等副產物，因此需要使用合適的催化劑來提高乙烯的選擇性。同時，乙烯是一種重要的原料，應用于石油化工、醫藥、食品、材料合成等廣泛領域中。目前，在乙炔加氫應用較廣泛的有鎳、鈀、鉬等催化劑，它們都是固定在金屬氧化物載體上，但是這些催化劑的制備大多都是由浸潰法制備，實驗過程較復雜。找到一種可以簡單高效制備的乙炔選擇加氫的催化劑，是我們當前面對的一個難題。因此，我們使用氧化亞銅作為載體，利用自身的還原性，通過氧化還原一步法制備了一種高效的用于乙炔選擇加氫反應的鈀-氧化亞銅納米催化劑。專利技術目的本專利技術旨在提供一種利用基本的氧化還原反應，簡單的通過一步還原制備的尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑和其制備方法，并且利用乙炔選擇加氫這個反應研究鈀-氧化亞銅納米催化劑結構和催化性能的關系。
技術實現思路
本專利技術的上述目的是通過下面的技術方案加以實現的:一種尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑，是利用氧化亞銅作為載體，通過Pd前驅體與Cu2O發生氧化還原反應得到的Pd-Cu2O催化劑，其通過改變負載量來改變鈀的尺寸大小。如上所述的一種尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑，由下述方法制得:首先將氧化亞銅納米晶放入玻璃容器中，然后加入具有氧化性的鈀前驅體溶液如氯化鈀，同時不斷攪拌，再將得到的產物進行離心分離，再用無水乙醇和超純水洗滌多次，最后在真空中干燥。 所述的鈀-氧化亞銅納米催化劑在乙炔選擇加氫生成乙烯中的應用，其催化應用過程包括先將鈀-氧化亞銅納米催化劑置于密封容器中，該密封容器設有反應氣體輸入管道和生成氣體輸出管道，然后以20-100mL/min的流速通入反應氣體，同時以1_5°C /min的升溫速率將溫度升溫至20-50°C，收集生成氣體即為乙烯、乙烷、乙炔的混合氣，所述反應氣體是乙炔、乙烯、氫氣、惰性氣體的混合氣，其中，乙炔占混合氣的體積比為0.01-1 %，氫氣占混合氣的體積比為0.1-10%,乙烯占混合氣的體積比為0.2-98%，其余為惰性氣體，如氮氣、氬氣、氦氣等，氫氣和乙炔的體積比為10:1，乙烯和乙炔的體積比大于10:1。如所述的應用，其中所述的應用是通過一步液相氧化還原法制得的鈀-氧化亞銅納米催化劑的應用。如所述的應用，在反應溫度為20-50°C，反應氣流速為20-100mL/min的條件下，鈀的質量百分含量是:當乙炔的轉化率為0% -99%時，乙烯選擇性為10% -100%時，鈀的質量百分含量為1%以下；當乙炔的轉化率為100%時，同時乙烯的選擇性為O時，鈀的質量百分含量為I %以上。制備所述的一種尺寸可控的鈀-氧化亞銅納米催化劑的方法，包括首先將氧化亞銅納米晶放入玻璃容器中，然后加入具有氧化性的鈀前驅體溶液，同時不斷攪拌，再將得到的產物進行離心分離，再用無水乙醇和超純水洗滌多次，最后在真空中干燥。如所述的制備方法，是利用一定濃度的鈀前驅體(如氯化鈀)作為氧化劑，在醇水混合相溶液，在10-35攝氏度條件下，將鈀前驅體還原為金屬鈀，同時負載在氧化亞銅納米晶表面，并通過在水相溶液中改變鈀前驅體溶液的濃度，改變鈀的負載量，使得負載在氧化亞銅上的納米鈀粒子尺寸可控，所述的一定濃度鈀前驅體溶液指的是Pd/Cu20質量比為0.001% -10%的Pd前驅體溶液。與現有技術相比，本專利技術具備如下的有益效果:1.開拓了 Cu2O負載的貴金屬的新的制備方法。用不同濃度的金屬鹽作為反應物種，同時利用了 Cu2O自身的還原性，得到了不同分散度的Pd-Cu2O納米催化劑。2.制備過程簡單方便。本實驗方法無需特別的實驗儀器，同時實驗藥品也均為實驗室常見的藥品。3.催化劑性能好。通過控制鈀前驅體的配比，能得到高乙烯選擇性的乙炔選擇加氫的催化劑。4.催化劑成本低。本專利技術催化劑容易制備，重復性能好，價格低，大大降低了催化劑的制備成本，有很好的應用前景。【專利附圖】【附圖說明】圖1擔載Pd質量分數為0.01 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖2擔載Pd質量分數為0.05 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖3擔載Pd質量分數為0.07 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖4擔載Pd質量分數為0.1 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖5擔載Pd質量分數為0.5 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖6擔載Pd質量分數為I %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖7擔載Pd質量分數為3 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖8擔載Pd質量分數為5 %的Pd-Cu2O納米催化劑的透射電鏡圖；圖9擔載Pd質量分數為0.1 %的Pd-Cu2O納米催化劑的乙炔加氫活性壽命曲線圖。【具體實施方式】以下結合附圖，并通過實施例進一步描述本專利技術的實質性內容，但并不以此來限定本專利技術。實施例1氧化亞銅納米晶的制備取0.085g 二水合氯化銅，溶解于50mL超純水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種尺寸可控的鈀?氧化亞銅納米催化劑，其特征在于所述的鈀?氧化亞銅納米催化劑是利用氧化亞銅作為載體，通過Pd前驅體與Cu2O發生氧化還原反應得到的Pd?Cu2O催化劑，其通過改變負載量來改變鈀的尺寸大小。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃偉新，曹天，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34