[发明专利]一种整体型纳米碳复合催化剂的微波加热应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加热技术及其应用，尤其涉及整体型纳米碳复合催化剂通过微波加热技术应用于催化反应的方法。

背景技术

纳米碳管和纳米碳纤维具有独特的力学性能和电性能，同时，纳米管和纳米碳纤维优异的物理和化学特性，将其开发成为催化剂和催化剂载体应用于催化反应过程，也有着巨大的经济效益和理论研究价值。纳米碳管和纳米碳纤维用作催化剂载体具有结构和性能可控、耐酸耐碱耐热、机械强度高等优点。与活性炭相比，中/大堆积孔性质的纳米碳管和纳米碳纤维更适宜于内扩散严重的催化反应过程。而且纳米碳管和纳米碳纤维的石墨基面和边界与负载的金属粒子之间还可能通过强相互作用来提高反应的转化率和选择性。近年来的研究表明，作为催化剂载体，纳米碳管和纳米碳纤维在加氢、脱氢、甲酰化、燃料电池电催化等反应中显示出良好的催化稳定性以及与活性组分间的协同能力。然而纳米碳管和纳米碳纤维一般以粉末或单丝形态存在，不能直接用于工业反应装置上，作为催化材料必须整装化(催化术语谓之成型)，才能满足工业催化反应装置对催化材料的装填和使用要求。

另一方面，与传统加热技术主要依靠热传导机制不同，微波加热技术是利用电磁场把能量直接传播到被加热物体内部而进行加热的一种新技术，具有选择性加热的特点，即被加热物体性质不同，产生的热效果也不同，对于高介电(磁)损耗材料可瞬时加热升温，能耗很低。同时，微波功率连续可调，介质温升可随即响应，非常有利于加热过程的自动控制和连续化生产。碳是一类大家熟知的微波吸收材料，近年来，微波加热技术在高温碳热还原冶金、碳材料负载催化剂制备等方面得到了较广泛的研究和应用。例如中国专利CN200910187728.9公布了一种以活性炭等吸波材料为载体，利用微波加热技术，高效、快速合成负载型过渡金属磷化物催化剂的方法。然而，不同结构碳材料的微波加热性能差异很大，例如石墨因其高导电性易在微波场中放电而导致无法正常被微波加热。因此，将微波加热技术与碳材料结合使用存在适配性问题。一方面，纳米碳管和纳米碳纤维粉末虽然可以被微波加热，但由于工程应用性能差而难以用于工业催化反应过程中；另一方面，催化剂粉末的成型过程若成型工艺、配方和助剂选择不当，则会恶化工业催化剂的性能【朱洪法编，催化剂成型，中国石化出版社，1992年，第2页】，还会造成工业催化剂微波加热效果不好。

因此，本领域迫切需要提供一种有利于节能降耗，还可能提高催化反应的转化率，同时可解决催化剂的工程应用问题的催化剂微波加热应用方法。

发明内容

本发明旨在提供一种整体型纳米碳复合催化剂通过微波加热应用于催化反应的方法。

本发明的另一个目的是提供一种有机液体催化脱氢的方法。

在本发明的第一方面，提供了一种整体型纳米碳复合催化剂在吸热型催化脱氢反应中的应用，所述催化反应使用微波加热。

在另一优选例中，所述吸热型催化脱氢反应是有机液体的催化脱氢反应；所述有机液体选自下述的一种或一种以上：十氢萘、全氢化芴、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、甲酸、乙酸、乙二醇、丙三醇。

在另一优选例中，所述的整体型纳米碳复合催化剂由催化剂活性组分与整体型纳米碳复合材料组成，所述催化剂活性组分与整体型纳米碳复合材料组成的重量比为1:5－100；所述的催化剂活性组分选自金属、金属氧化物、金属硫化物或金属盐；所述的金属为过渡金属。

在另一优选例中，所述整体型纳米碳复合材料由碳基体和纳米碳组成，所述碳基体和纳米碳组成的重量比为1:0.5－10；更优选为1:2－5；所述碳基体选自碳纤维毡、碳纤维布或碳纤维纸；所述纳米碳选自纳米碳管或纳米碳纤维。

在本发明的第二方面，提供了一种微波加热在吸热型催化反应中的应用，所述催化反应使用整体型纳米碳复合催化剂。

在另一优选例中，所述吸热型催化反应是有机液体的催化脱氢反应；所述有机液体选自下述的一种或一种以上：十氢萘、全氢化芴、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、甲酸、乙酸、乙二醇、丙三醇。

在本发明的第三方面，提供了一种有机液体的催化脱氢方法，所述方法包括步骤：

(1)将有机液体和整体型纳米碳复合催化剂接触得到混合物；

(2)使用微波对步骤(1)得到的混合物进行加热，使有机液体达到回流冷凝状态；和

(3)持续进行微波加热，使有机液体发生催化脱氢反应；

所述有机液体选自下述的一种或一种以上：十氢萘、全氢化芴、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、甲酸、乙酸、乙二醇、丙三醇。

在另一优选例中，所述的整体型纳米碳复合催化剂与有机液体的体积比为1:0.5－100。