[发明专利]一种规整结构钌催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种以整体型纳米碳纤维为载体的规整结构钌(Ru)催化剂及其制备方法。

背景技术

新型催化剂载体材料的开发和应用是多相催化反应研究的重要领域。近年来，纳米碳纤维(carbon nanofiber，简称CNF)，作为一种新型炭质材料，成为催化领域的研究热点之一。CNF应用于催化领域作为催化剂载体，与传统的活性炭等炭质载体相比，具有诸多优势，如微结构可控，界面效应强，中孔特征，热稳定性和机械强度高等，因此作为催化剂载体能对催化剂的活性、选择性、寿命等产生积极的影响。

另一方面，将活性金属负载于规整结构载体使催化剂结构化，是化学工业的环保和可持续发展的要求。对于有众多非均相催化反应存在的化工领域，结构化催化剂/反应器由于兼有催化剂和反应器的特点和性能，能提高催化剂的活性和特殊产品的选择性，提高催化剂的效率和利用率，成为近年来的研究热点。

通常纳米碳纤维的纤维直径一般小于200nm，长度为μm～mm不等。因此纳米碳纤维的宏观形态为细微的粉末，粉末颗粒的大小取决于纳米碳纤维的制备方法及生长条件。当其应用于采用固定床反应器的连续过程时，粉末催化剂极易被高速的液流带走，堵塞下游管路，或造成催化剂流失，同时还存在粉末催化剂床层的阻力大，能耗高等不利因素。另一方面，当其应用于工业釜式反应器的液相催化过程时，同样存在催化剂与反应液分离困难，催化剂回收利用困难等问题，不利于工业应用和放大过程。因此，将粉末纳米碳纤维进一步加工制备成具有一定宏观尺寸和一定几何形状的材料，成为其工业化应用的前提。

本申请的发明人在公开号为CN1736585的中国发明专利中公开了一种纳米碳纤维/石墨毡复合催化材料及其制备方法，获得了具有较大比表面积的规整结构纳米碳纤维复合材料。同时在公开号为CN101070250的中国发明专利中公开了整体型纳米碳纤维复合多孔材料及其制备方法，获得了由石墨纤维毡基体、碳涂层以及碳涂层上原位生长的纳米碳纤维构成的规整纳米碳纤维。上述的发明中，通过不同方法在石墨毡基体上原位成型纳米碳纤维，得到的规整结构纳米碳纤维具有较大的比表面积，可达100～300m²/g，同时由于其孔道是由纤维缠绕堆积形成，微孔极少，其比表面积几乎全部为外表面积，因而作为催化剂载体其有效利用面积很大。但目前尚未见到有利用所述规整结构纳米碳纤维负载的钌催化剂的报道。

发明内容

本发明的首要目的在于对规整结构的纳米碳纤维进一步加以开发利用，从而提供一种以整体型纳米碳纤维为载体的规整结构钌催化剂。

本发明的第二个目的在于提供以整体型纳米碳纤维为载体的规整结构钌催化剂的制备方法。

本发明的规整结构钌催化剂，以规整结构纳米碳纤维为催化剂载体，并负载了钌催化剂。

根据本发明所述的催化剂，以规整结构纳米碳纤维质量为基准，所述金属钌的负载量为1～5％。

本发明的规整结构钌催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将规整结构纳米碳纤维载体用含钌化合物溶液等量浸渍或过量浸渍，在室温下老化，然后烘干，最后还原获得负载于规整结构纳米碳纤维上的钌催化剂。

根据本发明的制备方法，所述还原是指在H₂/Ar气氛中，在200～300℃的条件下，还原5～10小时。

根据本发明的制备方法，所述含钌化合物为三氯化钌。

根据本发明的制备方法，还包括将规整结构纳米碳纤维载体用稀酸溶液浸泡、洗涤、烘干的预处理的步骤。

根据本发明的制备方法，还包括将预处理后的规整结构纳米碳纤维载体再用30％的H₂O₂溶液进行表面氧化处理的步骤。

根据本发明的制备方法，还包括将预处理后的规整结构纳米碳纤维载体再用HNO₃溶液进行表面氧化处理的步骤。

本发明的以整体型纳米碳纤维为载体的规整结构钌催化剂具有以下优点：

(1)较大的比表面积使反应物能够与活性点快速接触，能提高催化剂的活性和选择性；

(2)可以应用于连续生产以及工业釜式反应器液相催化反应，可以在工业应用时将催化剂和反应器的研究和设计有机结合；

(3)不存在催化剂的分离和处理问题，使得过程容易放大和技术管理；

(4)作为新型催化剂用于氢解山梨醇制备乙二醇和丙二醇，可以得到较好的山梨醇转化率以及较好的乙二醇，丙二醇得率；

(5)可以在工业化生产中得到大规模的应用。

附图说明