[发明专利]一种铂单原子催化剂的制备及其在丙烷脱氢制丙烯反应中的应用

说明书

本发明涉及一种氧化钛负载的铂单原子催化剂的制备及其在丙烷脱氢制丙烯反应中的应用。活性组分铂主要以单原子形式分散在载体上，负载率在0.01wt％‑5wt％之间。氧化钛载体为锐钛矿，金红石以及复合晶相的P25中的一种或两种以上。催化剂在丙烷脱氢制备烯烃的反应中有优异的抗积炭性能，可以持续运行100h以上而没有明显失活，同时催化剂对反应产物烯烃的选择性高，运行期间可以一直维持在90％以上。本发明制备的催化剂具有贵金属原子利用率高(～100％)、选择性好(89～98％)、稳定性好(连续运行40小时)、抗积炭等显著优点，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种氧化钛负载的铂单原子催化剂的制备及其在丙烷脱氢制丙烯的反应中的应用。

背景技术

丙烷是石油化工领域的重要基础原料之一，可以用来生产聚丙烯，丙烯晴，环氧丙烷等重要的化工产品。因此，全世界对丙烯的需求量极为巨大。目前，工业上丙烯的生产主要来自以下几个过程：1)石脑油裂解制乙烯过程的副产物，2)催化裂化过程，3)甲醇制丙烯(MTP)以及丙烷脱氢过程。随着世界上对丙烯需求的日益增长，传统的石油催化裂化过程已经不能满足人们的需求。近来，页岩气技术的突破，使得丙烷脱氢制丙烯工艺备受关注。

丙烷脱氢制丙烯是强吸热反应，且反应平衡受热力学控制，很难获得较高的转化率。为了提高丙烷脱氢反应的转化率反应通常需要在较高的反应温度以及负压条件下进行。但是较高的温度会导致丙烷脱氢反应副产物以及积炭的生成，降低了产物的选择性并导致催化剂加速失活。因此，开发高活性，高选择性，以及高稳定性的丙烷脱氢催化剂对丙烷生成丙烯过程的工业应用过程至关重要。

目前工业上应用的UOP公司的Oleflex技术主要以氧化铝负载的铂为主要活性组分，通过添加Sn来调变催化剂的活性和稳定性。此催化剂虽然有较好反应活性和产物选择性，但是仍然避免不了催化剂反应过程中积炭造成的催化剂失活，所以每隔极短的时间就需要进行催化剂的烧炭再生，这极大降低了催化剂的工业应用价值。中国专利CN105709728A, CN105233844A等专利通过对催化剂载体的改性，来降低催化剂副产物的产生，提高产物的选择性。而CN101066532A等通过在分子筛骨架中掺杂Sn，大大提高了丙烷脱氢催化剂的活性，产物选择性以及反应稳定性。但是以上工作的催化剂抗积炭能力上仍显不足，运行极短的时间后催化剂的活性就会大大降低。极大限制了其工业应用过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化钛负载的铂单原子催化剂的制备方法，制得的氧化钛负载的铂单原子催化剂用于丙烷脱氢制丙烯的反应，是一种高效、稳定的丙烷脱氢制丙烯的方法。本发明的氧化钛负载的铂单原子催化剂以较低的贵金属负载量，极高的(～100％)Pt原子利用率，可以高活性，高选择性的将丙烷转化为丙烯。同时，催化剂具有非常优越的抗积炭性能可以稳定运行100h以上而催化剂没有明显失活。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种氧化钛负载的铂基单原子催化剂的制备方法，采用强烈的静电吸附法制备，步骤如下：

1)在搅拌的条件下，将溶液A以0.1-5mL/min的流速滴加入溶液B中形成混合物，再在50-90℃的下搅拌1-5h至混合物中液体完全挥发后停止搅拌，得到催化剂；其中，所述溶液A的制备方法为：将铂金属前驱体水溶液加入浓度为20-30％的氨水溶液中，配成溶液A；所述溶液B的制备方法为：搅拌的条件下，将氧化钛载体水溶液加入浓度为20-30％的氨水溶液至pH值为10-14，配成溶液B；铂金属前驱体与氧化钛载体的质量比为0.02％-10％，优选为0.05％-1％；所述铂金属前驱体水溶液的浓度为0.001-1mol/L，铂金属前驱体水溶液与浓度为20-30％的氨水溶液的体积比为1:100，溶液B中氧化钛载体水溶液的浓度0.1-5000g/L。

2)将步骤1)得到的催化剂干燥，干燥温度为60-300℃，优选为60-150℃，干燥时间为1-24小时，优选为6-12小时；