[发明专利]多级孔分子筛封装铂镍双金属纳米催化材料及其制法和应用

说明书

本发明公开了多级孔分子筛封装铂镍双金属纳米催化材料及其制法和应用，催化材料由改性硅源、铝源、季胺盐类结构导向剂、PtNi双金属前驱体通过水热合成法制得，改性硅源是通过硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行改性制得，PtNi双金属前驱体是通过胺类结构导向剂与Pt、Ni源进行静电自组装制得，以该催化材料的总质量计，镍的质量百分比为0.1~20 wt%，铂的质量百分比为0.1~5 wt%。采用一步法，在合成多级孔分子筛过程中，原位引入PtNi双金属前驱体，实现PtNi双金属纳米团簇在多级孔分子筛侧笼的选择性封装。该催化材料应用于催化吡啶脱氢偶联合成2,2’‑联吡啶反应，具有用量低、副反应少、短流程等优点，并在吸附分离、石油化工、精细化学品生产等领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于一种工业催化材料及其制备方法，具体涉及一种多级孔分子筛封装铂镍双金属纳米催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

PtNi双金属纳米催化材料由于具有较高的催化活性和选择性，被广泛应用于烷烃脱氢、汽车尾气转化、甲烷重整和电催化析氢等反应中，PtNi双金属纳米颗粒尺寸和分散度对双金属纳米催化材料的催化性能有重要影响，PtNi双金属纳米颗粒尺寸越小、分散度越高，催化活性越优异。然而PtNi双金属纳米颗粒的表面能较高，在催化反应过程中，特别是高温催化反应中，PtNi双金属颗粒难以维持原有的结构和形貌，易发生团聚与烧结，从而导致催化材料的快速失活。同时，由于缺乏对反应场所的有效调控，催化反应途径难以得到有效控制，不可避免的导致积碳等副反应的发生，从而导致催化剂的选择性的降低。因此，如何创新催化材料的制备方法，探索稳定PtNi双金属活性物种的新技术，以有效调控催化反应场所并维持反应过程中活性组分的物化性质，抑制PtNi双金属纳米颗粒的烧结，防止积碳等副反应的产生，对PtNi双金属纳米催化反应而言显得十分重要和紧迫。

分子筛作为一种结晶型的硅铝酸盐，由于良好的孔道结构、均匀的晶体结构、大的比表面积和可调的表面酸碱性，被广泛用作催化材料的载体。分子筛与其他载体相比，具有表面酸性可调、水热稳定性好、比表面积大、抗氮、硫化合物中毒性能好、抗烧结性能好、易于再生等优势。而且分子筛丰富的孔道结构对金属颗粒具有限域效应，避免金属颗粒在高温过程中的烧结和流失，提高金属催化剂稳定性。分子筛中规整的孔道结构具有良好的择形选择性，可以在催化反应过程中分别进行反应物、中间体和产物择形，从而提高催化反应的选择性。分子筛良好的三维孔道结构有利于催化反应过程中物质与热量的传递和扩散，提高催化反应速率。

目前分子筛封装双金属催化剂的技术有很多，中国专利CN112044467A公开了一种以分子筛晶种与纳米金属源混合晶化，制备以Cu、Ti、Ni、Fe中的任意两种金属为活性组分、分子筛为载体的双金属MFI分子筛制备方法，实现了双金属在分子筛骨架中的掺杂和封装，但双金属在分子筛骨架和笼中的分布位置缺乏有效调控，催化剂在反应过程中容易因为双金属活性组分的烧结和流失失活；中国专利CN107661776A公开了一种离子交换制备含Cu、Ag双金属的SAPO分子筛的方法，制备的含Cu、Ag双金属的SAPO分子筛具有较好的水热稳定性，但在高温催化反应过程中，Cu、Ag双金属容易流失和团聚。目前报道的分子筛负载双金属催化剂制备多数采用离子交换法，缺乏对双金属在分子筛分布位置的调控，且双金属活性中心容易团聚流失、稳定性较差。因此，开发用于吸附分离、石油化工、精细化学品生产等领域的分子筛可控封装双金属纳米催化材料具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种可以调控反应场所，减少金属团聚并具有高反应活性、选择性和稳定性的多级孔分子筛封装铂镍双金属纳米催化材料；本发明的第二目的在于提供上述催化材料的制备方法；本发明的第三目的在于提供上述催化材料在吡啶脱氢偶联反应中的应用。