[发明专利]Ti-β分子筛催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂领域，公开了一种Ti‑β分子筛催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括Ti‑β分子筛和负载在所述Ti‑β分子筛上的碱金属元素。本发明采用Ti‑β分子筛为载体，能够调节碱金属元素的负载形式和负载量，使得最终制备的催化剂具有活性好的特点，在甲烷氧化偶联反应中具有较高反应活性，例如，甲烷转化率、碳二选择性和收率。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体地，涉及一种Ti-β分子筛催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。为改变乙烯生产原料过分依赖于石油资源的状况，天然气(甲烷)直接制乙烯技术受到广泛关注，但甲烷的直接转化制乙烯非常困难，极富挑战性。

为了改善甲烷氧化偶联催化剂的反应性能，研究人员做了很多工作，比如采用包含稀土元素的氧化物(CN103764276：用于烃类氧化脱氢的催化剂)，采用介孔分子筛作为催化剂载体进行改性(CN101385982B：一种甲烷氧化偶联制乙烯的介孔分子筛催化剂及其制备方法)，采用缺陷结构降低反应的温度(CN109569565：一种用于甲烷氧化偶联非化学计量比缺陷萤石催化剂制备方法及应用)。上述制备的催化剂存在制备工艺复杂，成本高，为工业化放大生产带来困难。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的存在的问题，提供一种Ti-β分子筛催化剂及其制备方法和应用，在甲烷氧化偶联反应中，该催化剂具有较高的反应性能。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种Ti-β分子筛催化剂，该催化剂包括Ti-β分子筛和负载在所述Ti-β分子筛上的碱金属元素。

本发明第二方面提供一种Ti-β分子筛催化剂的制备方法，该方法包括：将碱金属元素的前驱体负载在Ti-β分子筛上，然后将负载后的固体物料依次进行干燥和焙烧，得到所述Ti-β分子筛催化剂。

本发明第三方面提供如上所述的方法制备的Ti-β分子筛催化剂。

本发明第四方面提供如上所述的Ti-β分子筛催化剂在甲烷氧化偶联反应中的应用。

本发明第五方面提供一种由甲烷制备乙烷和乙烯的方法，该方法包括：在氧气存在下，并且在甲烷氧化偶联反应的条件下，将甲烷与如上所述的Ti-β分子筛催化剂接触反应；

或者，按照如上所述的方法制备镱系催化剂，然后在氧气存在下，并且在甲烷氧化偶联反应的条件下，将甲烷与所得Ti-β分子筛催化剂接触反应。

本发明采用Ti-β分子筛为载体，能够调节碱金属元素的负载形式和负载量，使得最终制备的催化剂具有活性好的特点，在甲烷氧化偶联反应中具有较高反应活性，例如，甲烷转化率、碳二选择性和收率。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明的发明人在研究中发现，Ti-β分子筛是由三种结构不同但紧密相关的多形体组成的堆垛层错共生。它具有三维十二元环孔道结构，其中[100]和[010]方向的孔道都为直孔道，其孔径都约为0.66×0.67nm；[001]方向的孔道是由[100]和[010]两个方向的直孔道交叉形成的孔径约为0.55×0.55nm的正弦形孔道。这些孔道的存在为催化剂活性组分的分散提供了条件，可以增加催化剂的负载型式和负载量，在改进催化剂的分散性和负载量上能够进一步进行调节，从而提高催化剂的性能。