[发明专利]一种稀土掺杂的球形氧化铝Pd基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种稀土掺杂的球形氧化铝Pd基催化剂及其制备方法和应用，本发明在油柱成型法制备球形氧化铝的基础上，通过将稀土源引入铝溶胶的方式制备稀土掺杂的球形氧化铝，再以该稀土掺杂的球形氧化铝为载体负载活性组分钯得到Pd/X‑Al₂O₃催化剂。本发明的优势在于使稀土元素高度分散于氧化铝中，即使在高温焙烧后也不发生团聚，稀土元素不仅不会堵塞球形氧化铝孔道，还能增加孔径和孔容，为反应物大分子提供良好的传质空间。该催化剂适用于蒽醌加氢制备过氧化氢反应过程，适合用于固定床工艺和流化床工艺。

技术领域

本发明属于催化材料领域，具体为一种稀土掺杂的球形氧化铝Pd基催化剂及其制备方法，该催化剂适用于蒽醌加氢制备过氧化氢反应。

背景技术

过氧化氢在造纸、纺织、化学合成、食品、药品等多个领域被广泛用作氧化剂、漂白剂、消毒剂和聚合物引发剂。蒽醌法因具有低能耗、低成本、便于设备放大等突出优势而在工业生产过氧化氢中占主导地位。蒽醌加氢是蒽醌法制过氧化氢的关键工艺，对产品收率和生产效率起决定作用。加氢催化剂应具有良好的选择性和稳定性，否则会增加生产成本、降低经济效益，影响连续生产。固定床反应器是国内工业中较为成熟的反应器技术，主要采用蛋壳型Pd/Al2O3催化剂。然而该工艺加氢催化剂用量较大，贵金属利用不高，因而制备更高效的Pd基蒽醌加氢催化剂对提高生产能力、降低成本至关重要。

负载型催化剂金属组分的电子环境与分散程度直接决定了催化剂的本征活性及催化效率。其中，稀土元素在促进C＝O不饱和键加氢反应中表现出较好效果，其不仅能分隔活性金属，提高活性组分的分散度，还可以修饰活性组分的电子结构，从而提高本征活性。文献Joaquim B.Branco，Pedro E.Brito，Ana C.Ferreira，Chemical EngineeringJournal，2020，380，122465将Ni和镧系元素浸渍在二氧化硅上作为CO₂甲烷化催化剂，与单金属Ni相比，镧系元素的添加使Ni的活性至少增加5倍。镧系元素的掺杂减小了Ni的尺寸，降低了Ni的还原温度，增加了活性物种的数量和稳定性，同时提高了活性位点的本征活性。文献Yuan Jing，Zhengxu Cai，Chong Liu，Takashi Toyao，Zen Maeno，Hiroyuki AsakuraSatoru Hiwasa，Shuhei Nagaoka，Hiroshi Kondoh，Ken-ichi Shimizu，ACS Catalysis2020，10，1010-1023将La浸渍在氧化铝上并负载Pd，发现与不含La的催化剂相比，金属Pd更缺电子，从而提高了Pd的本征活性，对NO表现出更高的反应性且能抑制CO中毒。氧化铝丰富的孔道和较大的比表面是大分子反应物扩散传质的基础，对催化剂本征活性的最大程度呈现具有重要影响。通常，引入稀土元素作为助剂是通过浸渍法实现的，然而浸渍法难以实现稀土元素在球形氧化铝上的均匀分布，同时还影响球形氧化铝的孔道结构，严重时会堵塞孔道，降低催化剂比表面积，影响传质效率，反而会使催化剂活性降低。因此，开发一种稀土元素均匀掺杂的球形氧化铝材料及制备方法，在不影响传质的基础上，大幅提高催化剂本征活性，对于提高商用蒽醌加氢催化剂的生产能力具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土掺杂的球形氧化铝Pd基催化剂及该催化剂的制备方法，该催化剂主要用于蒽醌加氢制备过氧化氢反应。