[发明专利]SiO2

说明书

本发明提供SiO₂气凝胶负载镍单质催化剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、SiO₂气凝胶的制备，采用酸碱两步法常压干燥制备，以正硅酸乙酯为硅源，HCl加入促进水解过程，NH₃.H₂O作为促凝胶剂，三甲基氯硅烷改性实现气凝胶的疏水性能；将改性后凝胶块体用正己烷反复冲洗，然后在60、70、80、90、100、110、120℃下依次常压干燥6h。采取两种方法进行镍单质负载，包括：共凝胶和后浸渍两种。本发明结合了气凝胶材料的优势以及金属单质的应用，这不仅提高了催化剂活性，也提高了产物的选择性。这类催化剂与涂层催化剂相比，表现出更好的催化性能，可作为碳氢燃料催化裂解的拟均相催化剂的有力备选。

技术领域

本发明属于催化剂研究制备技术领域。尤其属于正十烷催化裂解催化剂研究制备技术领域，特别涉及二氧化硅气凝胶负载镍单质催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

飞行器高速飞行时，会和空气产生大量的摩擦热，同时自身发动机内部也会释放大量的燃烧热，对飞行器的材料和安全问题带来巨大的挑战，因此，必须对飞行器发动机进行有效冷却。利用吸热型碳氢燃料充当飞行器的制冷剂和推进剂，采取主动冷却暂时吸收发动机多余的废热，并将其在燃烧室燃烧，被视为最实用高效的一种冷却方式。与热裂解相比，碳氢燃料的催化裂解表现出更好的吸热性以及产物选择性，一直是吸热型碳氢燃料研究的热点。

碳氢燃料裂解一般是在高温、高压的条件进行，且裂解的过程中还会生成积碳，因此，必须对裂解催化剂的结构、酸性以及热稳定性有严格的要求。目前，针对于碳氢燃料催化裂解的研究主要是多相催化剂的应用，包括金属氧化物，分子筛等。多相催化中催化剂主要是通过涂覆的方式存在于管道内壁，但是涂层会增加管道热阻，同时在高温高压工况下有脱落和快速衰退的可能性，从而导致催化效果的降低，因此，近几年来，拟均相催化也成为了碳氢燃料催化裂解研究领域的热点。通过混合纳米粒子与碳氢燃料形成较为稳定的纳米流体，同时悬浮的纳米粒子可以提供更高的比表面积以及充足的活性位点。

气凝胶由于其独特的纳米孔三维网状结构，具有耐高温、比表面积大、孔隙率小、密度低等优良的结构特性，在催化剂载体、高温绝缘等领域有着广泛的应用。几乎所有具有催化性能的氧化物都可以制成气凝胶，这为气凝胶在催化领域的应用提供了可能性。气凝胶具有优异的结构性能，易于改性，耐高温，使其具有更好的催化性能。此外，大量研究表明，空气凝胶等纳米颗粒表现出良好的流动性，这是由自团聚到合适大小的形成的。因此，气凝胶可以作为催化反应的准均相催化剂载体。然而，据我们所知，气凝胶催化剂作为一种分散在燃料中的准均相催化剂在超临界裂解反应中的应用还很少报道。过渡金属镍在许多反应中被证明具有与贵金属媲美的催化性能，在催化裂解碳氢化合物分子中具有较高的C-H和C-C键活化能力。但镍基催化剂在催化裂化应用中仍存在一些问题，如易烧结、结焦、碳进一步失活等，影响催化剂的活性和稳定性，因此，二氧化硅气凝胶的引入，因为其较大的比表面积可以在一定程度上延缓或抑制镍的烧结从而保持较好的催化效果。

所以，SiO₂气凝胶的引入对于镍单质在碳氢燃料催化裂解中的应用有着重要意义。

发明内容

本发明公开了SiO₂气凝胶负载镍单质催化剂、制备方法及其在碳氢燃料催化裂解中应用。本发明目的是提供气凝胶作为载体负载金属单质催化剂及其制备方法，该催化剂用于正十烷催化裂解，表现出更好的催化活性。

本发明对不同方法负载镍单质在SiO₂气凝胶上的催化效果，以正十烷催化裂解为探针反应进行了对比。在制备过程中向载体分别掺杂了5wt％Ni单质，结果都表现出了良好的催化效果。

具体的技术方案：SiO₂气凝胶负载镍单质催化剂，其制备方法，包括以下步骤：

S1、SiO₂气凝胶的制备