[发明专利]一种非贵金属乙炔选择性加氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种非贵金属乙炔选择性加氢催化剂及其制备方法和应用，属于负载纳米颗粒催化剂技术领域。通过浸渍法将镍盐和锌盐负载到碳材料上，先在氢气气氛下处理，得到Ni₃Zn催化剂，然后在乙炔气氛下处理，得到Ni₃ZnC_0.7催化剂。乙炔选择性加氢反应性能测试显示引入碳原子形成Ni₃ZnC_0.7结构后在反应中展现出优异的选择性(约82％)，长时间高转化率下的性能测试也表明该催化剂的结构和活性拥有良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及负载纳米颗粒催化剂技术领域，具体涉及一种非贵金属乙炔选择性加氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯是现代化学工业的基石，它有一项重要用途是通过聚合法去生产各种结构、规格的聚乙烯，而石油裂解工业生产的乙烯含有少量的乙炔(0.5％-2％)，这些少量乙炔会毒化聚合工业中的Ziegler-Natta催化剂，所以在发生聚合反应前必须将乙炔含量降至5ppm级别。基于现阶段技术成本和效率的考虑，工业上采用的方法是通过催化加氢反应将少量的乙炔转变为乙烯。目前，乙炔加氢催化剂主要是钯基催化剂，但是由于贵金属钯高昂的价格，使得乙炔加氢催化剂的成本较高，研究人员试图使用非贵金属(如铁钴镍等)去取代贵金属来降低乙炔选择性加氢催化剂的价格，但是单独的这几种金属组分都存在很多问题，像活性较低、乙烯选择性较差和积碳导致的稳定性差等。虽然Norskov预测了镍锌合金催化剂在乙炔选择性加氢反应中的优异性能，但是实验结果证实合成的具有高锌含量Ni₅Zn₂₁催化剂在乙炔加氢反应中仅能表现出50％左右的乙烯选择性，这与文献报道的良好的钯基催化剂还有一定的差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非贵金属乙炔选择性加氢催化剂及其制备方法和应用，利用非贵金属制备了负载型Ni₃ZnC_0.7催化剂，实现对钯基催化剂的取代，不仅大大降低了成本，而且该催化剂结构在乙炔选择性加氢反应中表现出更优异的选择性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种非贵金属乙炔选择性加氢催化剂，该催化剂是由双金属碳化物活性组份负载在纳米碳材料载体上形成，所述双金属碳化物为Ni₃ZnC_0.7，Ni的负载量为1-50wt.％，Ni与Zn的原子比例为1：10～10:1。所述双金属碳化物Ni₃ZnC_0.7中，Ni与C的原子比例为3：(0.6～1.2)。

所述非贵金属乙炔选择性加氢催化剂的制备方法，首先通过浸渍法将镍盐和锌盐负载到纳米碳材料上，然后采用氢气进行还原处理得到Ni₃Zn催化剂；再利用乙炔气体驱动，获得负载型催化剂Ni₃ZnC_0.7，即为所述非贵金属乙炔选择性加氢催化剂。该方法包括如下步骤：

(1)纳米碳材料的氧化处理：将纳米碳材料置于浓硝酸中，在100～140℃回流2～10小时，过滤并洗涤至中性；

(2)将镍盐和锌盐溶解于适量溶剂中，然后加入经步骤(1)氧化处理后的纳米碳材料，超声搅拌1～3小时保证均匀分散，再通过旋转蒸发仪去除溶剂后，获得负载镍盐和锌盐的纳米碳材料；

(3)将步骤(2)所得负载镍盐和锌盐的纳米碳材料放于烘箱中进行干燥处理，干燥温度50～200℃，干燥时间1～24小时；

(4)将经步骤(3)处理后的负载镍盐和锌盐的纳米碳材料先在氢气与惰性气体的混合气氛中进行还原处理，得到Ni₃Zn催化剂；然后在乙炔和惰性气体的混合气氛中处理，乙炔驱动Ni₃ZnC_0.7催化剂的生成；降至室温后即获得Ni₃ZnC_0.7负载型催化剂。