[发明专利]Cu/不锈钢丝网催化剂负载ZSM-5分子筛膜反应器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型催化材料的制备方法，具体涉及Cu/不锈钢丝网催化剂上负载ZSM-5分子筛膜反应器的制备方法。

背景技术

分子筛膜是一类重要的无机膜材料，它除了具备化学稳定性、水热稳定性及机械稳定性以外，还拥有孔径分布均一、孔内表面可修饰等优良特性。在众多的分子筛膜中，ZSM-5分子筛膜是目前研究最为广泛的一类，由于ZSM-5分子筛孔径在0.55nm左右，可应用于一些小分子与大分子的分离，从而实现分子筛分效应。通过特定的制备技术把催化剂和分子筛膜结合起来，使一些小分子的物质通过分子筛膜进而与催化剂表面有效接触而发生反应，可实现在同一装置中实现边反应边分离，突破化学平衡限制，达到提高收率或控制反应进度的目的，从而提高选择性。因此，在Cu基催化剂表面采用原位生长的分子筛膜可以实现对反应物分子的择形催化，进而在分子级别上实现物质的分离与催化一体化。

出于实际应用的考虑，分子筛膜必须负载在一些成型的载体上，而选用合适的催化剂材料作为基体制备分子筛膜反应器，将ZSM-5分子筛膜与不锈钢丝网表面负载型催化剂组装在一起的制备技术工作尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，以不锈钢丝网为载体，以H₂SO₄(硫酸)溶液为电解质，采用阳极氧化工艺对不锈钢丝网的表面先进行处理，以增加基体材料的附着力，然后通过电化学沉积工艺制得表面分布均匀的Cu/不锈钢丝网催化剂，进而以此为基体通过原位水热合成得到ZSM-5分子筛膜反应器。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

提供一种Cu/不锈钢丝网催化剂负载ZSM-5分子筛膜反应器的制备方法，包括以下步骤：

(1)对不锈钢丝网依次进行除油污、去氧化皮和超声震荡的预处理；

(2)将预处理后的不锈钢丝网完全浸没于H₂SO₄电解质溶液中进行阳极氧化处理，使不锈钢丝网表面形成多孔结构；

(3)以硫酸铜溶液为电解质、金属铜为阳极、经阳级氧化后的不锈钢丝网为阴极，在不锈钢丝网表面电沉积Cu组分，得到Cu/不锈钢丝网催化剂；

(4)以正硅酸乙酯为硅源、偏铝酸钠为铝源、四丙基氢氧化铵为模板剂，加入去离子水，按H₂O∶Na₂O∶SiO₂∶TPAOH＝1∶0.0003～0.0005∶0.016～0.017∶0.0097～0.0l的摩尔比例混合，室温下搅拌6～8小时；

(5)将步骤(4)所述溶液置于晶化釜中，将Cu/不锈钢丝网催化剂垂直浸没于溶液中进行水热晶化，控制温度为170℃；

(6)将已附着分子筛膜的Cu/不锈钢丝网催化剂用去离子水洗涤至中性，在100℃条件下干燥后，再在空气氛下焙烧5～6小时，即可获得产品。

本发明步骤(1)中，是使用洗洁精水溶液对不锈钢丝网进行除油污处理；所用的洗洁精水溶液的浓度为0.075～0.15wt％；处理时控制温度为50～60℃，处理时间为15～25min。

本发明步骤(1)中，是使用15wt％的稀盐酸对不锈钢丝网进行去氧化皮处理；处理时的浸渍时间为15～25min，处理温度为室温。

本发明步骤(1)中，对不锈钢丝网进行超声震荡处理的时间为15～25min。

本发明步骤(2)中所述的电解质溶液为20wt％的H₂SO₄溶液；在进行阳极氧化处理时，控制电流密度为0.8～1.2A/dm^3，，电压为3.0～4.0V，处理的时间为20～30min。

本发明步骤(3)中所述的CuSO₄电解质溶液的浓度为10wt％，电沉积的电压控制为1～3V，时间为1～15min。

本发明步骤(4)中所使用的四丙基氢氧化铵质量浓度为40wt％。

本发明步骤(5)中所述的水热晶化的时间为72～96h。

本发明步骤(6)中所述干燥时间为12～24h，焙烧温度为500～600℃，焙烧时升温速率为0.5～2℃/min。