[发明专利]一种具有温度调节功能的催化剂载体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有温度调节功能的催化剂载体及其制备方法。所述具有温度调节功能的催化剂载体具有微胶囊结构，核为微米级的Sn、Bi或Zn基金属低共熔合金，其作用为通过熔化、凝固相变过程进行储能释能，从而实现调节催化剂内部温度；壳为可广泛用作催化剂载体的氧化物即SiO₂、Al₂O₃和TiO₂，其作用是充当催化剂的真正载体；所述催化剂载体的制备方法包括利用金属乳液法制备微米级的Sn、Bi或Zn基低共熔合金粉体以及利用异相成核生长法对金属低共熔合金粉体进行SiO₂、Al₂O₃或TiO₂包覆。本发明通过改变金属低共熔合金的成分，所制备的载体可负载金属活性组分，应用于反应温度为200‑420℃的放热催化反应。

技术领域

本发明属于催化剂载体制备技术领域，特别涉及一种具有温度调节功能的催化剂载体及其制备方法。

背景技术

对于在固体催化剂上进行的强放热催化反应,即使在优化的操作条件下，反应所产生的热也难以及时地从催化剂颗粒内部传递到颗粒外表面，再由流体带走，而这些不能及时带走的热量不仅导致催化剂内、外存在温度梯度，而且还导致催化剂与流体之间也存在温度梯度，最终的结果是催化剂内部温度常常远高于流体温度。由于负载金属催化剂的活性组分常处于高分散状态（如纳米级别），这些热力学上不稳定的纳米粒子在正常的反应温度下就容易互相聚集、长大，如果反应热未能及时地从催化剂内部移走，温度的升高会加重这种烧结现象，从而导致活性降低，甚至改变产物的选择性。因此,提高金属催化剂降低其内部温度的能力，对它们应用于强放热反应体系，特别是选择性对温度敏感的反应体系，具有重要意义。

由于催化剂内部温度升高是反应热未能及时传出所致，如何从宏观尺度上设计有利于传热的催化剂结构是目前解决这个问题的基本思路，目前采用的方法主要有以下几类：（1）采用涂层技术，把催化剂涂覆在蜂窝基体 (E. Tronconi, G. Groppi, and C.G.Visconti,Curr. Opin. Chem. Eng. 2014, 5， 55-67；J.M. Gatica, A.L. Garcia-Cabeza, et.al.Chem. Eng. J. 2016, 290，174-184)，此法是利用蜂窝基体的结构特征,使形成的催化剂床层有利于传热；（2）把催化剂分散于传热好的金属微纤维（如Cu微纤维）构成的网络中，制成微纤维包埋催化剂(M. Sheng, H.Y. Yang,et.al.J. Catal., 2011,281，254-262；J. Jiang, C. Yang,et.al.Ind. Eng. Chem. Res.2014, 53，5683-5691)；（3）用传热好的泡沫金属或烧结金属纤维为基体，对其表面进行催化功能化，形成三维非规整的结构催化剂(Y.K. Li, Q.F. Zhang,et.al.AIChE J.2015,61，4323–4331.；X.Y.Wang, M. Wen,et.al.Chem. Commun. 2014, 50，6343-63456)。尽管上述方法制备的催化剂具有传热性较好，能一定程度地改善催化剂内外温差或床层轴向温差，但催化剂本身仍然不具备温度调节的功能。