[发明专利]一种表面负载金属纳米颗粒的复合纤维催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化加氢反应的催化剂，具体涉及一种表面负载金属纳米颗粒的复合纤维催化剂。

背景技术

催化加氢反应在石油炼制、有机化工、无机化工、环境保护(如废气处理)等领域发挥着重要的作用。在催化加氢中通常是采用以铂系金属为主的铂、铑、钯、钌、铱、镍等贵金属元素作为催化活性组分。

按照催化加氢反应中催化剂与反应物之间的物相，通常将催化剂分为均相催化剂和负载型催化剂。均相催化剂催化活性高，但难以实现催化剂的回收，从而提高了成本并且残留的催化剂易对产品造成不利影响。而负载型催化剂则在保持催化剂高活性的前提下有效地解决了催化剂的回收问题，因而在工业上得到了更为广泛的应用。

催化剂载体一般应具有如下特点：适合反应过程的形状、机械强度、抗拉强度、耐磨强度、比表面积、稳定性、导热性等。常用的载体材料有天然矿物如浮石、白土、硅藻土石英等，人工合成的材料如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、分子筛、碳材料等。

催化剂的形状取决于载体的形状，载体的成型操作作为催化剂制备的必须步骤在很大程度上决定了催化剂的机械强度、活性、使用寿命等。催化剂载体的制备过程往往是十分复杂的，技术难度也较大。因此，好的成型方法对于催化剂的制备显得尤为重要。常用的催化剂的成型方法有压片成型、挤出成型、喷雾成型等。

现有技术中，催化剂载体负载活性组分的方法主要有浸渍法、共沉淀法、离子交换法、混合法、喷涂法等。例如，中国专利CN103418413A采用多巴胺改性后的微米级二氧化硅作为载体，通过浸渍法制备了以二氧化硅为载体的Rh催化剂，并在对端羟基液体丁腈橡胶的加氢反应中得到了较高的催化活性和回收循环使用性。中国专利CN1686612A采用离子交换法制备了一种负载于二氧化硅、氧化铝、分子筛、膨润土等载体的Pd纳米颗粒催化剂，并且在对对氯硝基苯的加氢反应中得到了应用。

然而，现有的浸渍法、离子交换法等方法工艺复杂，需要对操作条件进行严格控制，且成本较高，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种操作方便、成本低廉、工艺可控性强的制备方法，得到一种具有稳定性好、无需隔氧操作，加氢反应条件温和、催化活性高、容易回收再利用等优点的表面负载金属纳米颗粒的复合纤维催化剂。

为了实现上述目的，本发明提供了一种负载金属纳米颗粒的复合纤维，该复合纤维采用静电纺丝成型法制备而成。

具体的，所述复合纤维由包括以下步骤的方法制备而成：

(1)取载体前驱物1～20份，无水乙醇0.1～5份，和浓度为36-38％的稀盐酸0.1～5份，混合后磁力搅拌1～24h，即得载体前驱液，备用；

(2)取聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)2～4份，溶解于由二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)组成的混合溶剂中，搅拌1～48h，即得PVP前驱液，备用；

(3)取金属前驱物0.1～0.3份，溶解于由DMF和PVP组成的混合溶剂中，超声分散至均匀，即得金属前驱液，备用；

(4)将步骤(1)～(3)所得前驱液混合，搅拌1～24h，得到静电纺丝前驱液，倒入到注射器中；将装有静电纺丝前驱液的注射器置于静电纺丝机中进行纺丝，即得纤维膜；

(5)将步骤(4)所得纤维膜在200～500℃下煅烧2～10h，再在600～1000℃下煅烧0.5～3h，然后在100～400℃下通入氢气反应5～7h，即得表面负载金属纳米颗粒的复合纤维催化剂。

所述步骤(1)中，载体前驱物选自正硅酸乙酯(TEOS)、氧氯化锆、正四丁基氧化钛、异丙醇铝等，优选为正硅酸乙酯；所述载体前驱物的重量份优选为5～6份，无水乙醇的重量份优选为1～2份，稀盐酸的重量份优选为0.5～1.5份；磁力搅拌使三者充分混合均匀，搅拌时间优选为10～15h。

所述步骤(2)中，PVP与混合溶剂的质量体积比为2～4g：25ml，优选为3g：25ml；组成混合溶剂的DMSO与DMF的体积比为3～5:1，优选为4：1；搅拌时间优选为10～15h。