[发明专利]原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂及其制备方法和应用，属于乙炔选择性加氢反应应用催化剂技术领域。所述原子级分散纳米金刚石/石墨烯是将纳米金刚石于惰性气氛中高温煅烧处理得到纳米金刚石/石墨烯结构碳材料，钯以原子形式分散固定在石墨烯壳层。催化剂在混合原料气中将乙炔加氢生成乙烯，催化剂的使用温度为80℃‑200℃；通过将钯以原子级分散在纳米金刚石/石墨烯材料上，与传统钯基碳材料和商业钯催化剂相比，本发明原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂可以有效催化乙炔转化为乙烯，乙炔加氢选择性明显提高。而且该催化剂稳定性能好，在反应过程中不易失活。

技术领域

本发明涉及乙炔加氢反应催化剂技术领域，具体涉及一种原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯(C₂H₂)作为石油裂解产品，是合成塑料、纤维、橡胶的是一种重要的基本化工原料，应用十分广泛。然而，乙烯原料中通常含有少量的乙炔，乙炔的存在，不仅在自由基聚合过程中对聚合链的构建和聚合速率产生影响，降低聚合物产品的质量，而且还会毒害聚合反应的催化剂。因此，将乙炔选择性加氢制备乙烯在精细化工和聚合物工业生产过程中具有十分重要的意义。

乙炔选择性加氢的催化剂一般为固体负载型催化剂，由活性组分和载体两部分组成。活性组分包括贵金属和非贵金属，工业反应中使用最广泛的是贵金属钯基Lindlar催化剂。Lindlar催化剂中含有硫和铅成分，会随着产品流失到环境中，对环境造成污染。

随着对不同碳材料的相继发现和研究表明，碳材料优异的物理化学性质和表面特性以及其发达的空隙结构在很多反应中可作为理想的催化剂载体。因此，本发明尝试利用石墨碳材料研发新的适用于乙炔选择性加氢反应的催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂及其制备方法和应用，所制备的原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂在乙炔加氢反应过程中具有较好的选择性和稳定性。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂，该催化剂以钯为活性材料，纳米金刚石/石墨烯复合材料为载体，钯以原子级形式分散在纳米金刚石/石墨烯碳载体上。

所述纳米金刚石/石墨烯复合材料载体为核壳结构，纳米金刚石为核，石墨烯材料为壳层；钯以原子形式均匀分散在石墨烯壳层表面，并与石墨烯缺陷上的碳原子成键。

该催化剂中，钯的负载量为0.05～0.2wt.％。

所述原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)以纳米金刚石为原料，经过高温处理后获得纳米金刚石/石墨烯复合材料；

(2)采用沉积沉淀法，将钯沉积到纳米金刚石/石墨烯复合材料上，得到钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物；

(3)将所述钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物置于石英管中，在氢气和氦气的混合气中进行还原处理后，即得到所述原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂。

上述步骤(1)中，所述高温处理具体过程为：将纳米金刚石置于管式加热炉中，在惰性气氛和900～1100℃条件下焙烧4-6h，即获得纳米金刚石/石墨烯复合材料。纳米金刚石/石墨烯材料丰富的表面缺陷，有利于活性金属钯的分散和稳定。