[发明专利]镓铟锡金属催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种镓铟锡金属催化剂、制备方法及应用，镓铟锡金属催化剂的催化剂活性组分包括镓铟锡金属，催化剂载体包括具有介孔结构的二氧化硅。本发明采用非贵金属镓铟锡，可明显降低催化剂的成本，且通过镓铟锡金属，能够有效调节镓纳米颗粒周围的电子结构，促进其对丙烷的吸附活化以及对丙烯的脱附，提高催化剂的活性和选择性，且锡元素的引入还可提高镓纳米颗粒的抗积碳性能和抗烧结能力，从而提高催化剂的稳定性；采用高比表面积的介孔二氧化硅，可提高催化剂金属活性组分的分散度，进而提高催化剂金属活性组分的利用效率，且利用介孔二氧化硅的孔道限域的作用，还可抑制催化剂金属活性组分的烧结，进一步提高催化剂的稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种镓铟锡金属催化剂、制备方法及应用。

背景技术

随着社会经济的发展，丙烯作为一种重要的化工原料，被广泛应用于聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸等的工业生产中，其需求量逐年增长。一直以来人们主要通过石油的裂解(FCC)和甲醇工艺(MTO)来获取丙烯。但是以上工艺存在能耗高，产物的选择性低等缺点。

丙烷直接脱氢反应由于使用唯一原料气体丙烷(C₃H₈)生产丙烯(C₃H₆)(ΔH₂₉₈＝124.3kJ·mol^-1)。与其它生产技术相比，该工艺相对简单，产物中丙烯选择性高。另外随着页岩气的开发，丙烷的产量得到大幅度的提高，生产成本明显降低，因此通过丙烷的直接脱氢反应来制备丙烯得到人们越来越多的研究。根据热力学计算，丙烷直接脱氢制备丙烯属于吸热反应，受热力学平衡控制，高温和低压有利于反应的进行。但是高温容易发生丙烷裂解反应及深度脱氢，使丙烯选择性降低。同时高温也易发生催化剂表面积碳和活性组分的烧结导致失活现象。

目前，对于丙烷直接脱氢反应所使用的催化剂的研究主要集中于Cr系催化剂以及贵金属Pt系催化剂。其中，Cr系催化剂成本较低，但是容易发生积碳，且活性组分的烧结容易导致失活现象发生，同时Cr元素毒性高，越来越难以满足人们对环境保护以及绿色可持续性发展的要求。Pt系催化剂中贵金属Pt具有良好的C-H键活化和低的C-C键断裂的能力，显示出良好的反应活性和丙烯选择性，但是Pt系催化剂成本较高，降低了工艺的经济性。

因此，制备一种新型的高活性、高稳定性和成本低廉的催化剂，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种镓铟锡金属催化剂、制备方法及应用，用于解决现有技术中催化剂所面临的上述一系列的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种镓铟锡金属催化剂，所述镓铟锡金属催化剂包括催化剂活性组分及催化剂载体，所述催化剂活性组分包括镓铟锡金属，所述催化剂载体包括具有介孔结构的二氧化硅。

可选地，所述镓铟锡金属催化剂中，镓元素、铟元素、锡元素与所述二氧化硅的质量分数比分别包括(0.5-5)％、(0.2-3)％、(0.1-2)％。

本发明还提供一种制备镓铟锡金属催化剂的方法，包括以下步骤：

提供镓前驱体、铟前驱体、锡前驱体，并溶解于非水溶剂中，制备金属前驱体溶液；

提供介孔分子筛，并将所述金属前驱体溶液浸渍于所述介孔分子筛中，进行第一处理，制备催化剂前驱体，所述第一处理包括分段式焙烧步骤；其中，所述介孔分子筛作为催化剂载体包括具有介孔结构的二氧化硅；

对所述催化剂前驱体进行第二处理，制备镓铟锡金属催化剂，所述第二处理包括还原步骤。

可选地，所述分段式焙烧包括第一焙烧及第二焙烧，其中，所述第一焙烧温度包括300℃-400℃，第一焙烧时间包括1h-3h；所述第二段焙烧温度包括550℃-750℃，第二段焙烧时间包括1h-5h。