[发明专利]一种氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，公开了一种氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂及其制备方法和在氨的湿式催化氧化中的应用。该钌基催化剂的制备方法如下：首先是水热合成P型分子筛，然后向所制备的P型分子筛中同时加入离子液体和氯化钌溶液进行浸渍，搅拌，待乙醇完全挥发后在氮气氛围中煅烧，得到以氮掺杂碳包覆分子筛为载体的氧化钌基催化剂，将所得氮掺杂碳包覆分子筛为载体的氧化钌基催化剂还原，得到氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂。本发明的钌基催化剂制备过程易于调节，对高浓度含氨废水的湿式催化氧化具有良好的催化效果并具有较高的水热稳定性，应用前景良好。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体是涉及一种氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂及其制备方法和在氨的湿式催化氧化中的应用。

背景技术

随着现代煤化工行业的迅速发展，煤制油、煤制烯烃及其衍生物、煤制天然气、煤制二甲醚、煤制乙二醇等一批煤基化学品和燃料的示范项目陆续建设和投产。在此过程中不可避免地会产生大量的含氨废水，这些含氨废水经过汽提回收处理后氨浓度仍然较高，达不到排放标准，所以仍然需要进行深度处理。湿式催化氧化技术是目前公认的一种处理高浓度含氨废水的有效技术，该技术因设备小、反应时间短、二次污染少等优点而备受关注，具有良好的应用前景。主要是温度、压力以及催化剂制约了该技术的技术效果，其中催化剂的影响尤为突出。

分子筛是化学工业上应用最为广泛的催化剂。传统意义上的分子筛由硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧桥而相互连接形成，具有规则孔道结构。以Y型、ZSM-5、MOR、MCM-22和Beta等为代表的硅铝分子筛，利用分子筛的酸性和择形选择性，在烃类转化反应中表现出优异的催化性能。然而分子筛主要由硅氧四面体和铝氧四面体构成，水热稳定性较差，限制了分子筛在氨氮湿式催化氧化方面的应用。例如沸石分子筛，在液态水中的热敏性与在水蒸气中的热敏性有很大的不同，它可以在500℃以上的水蒸气中长期处理，但它们在200℃的液态水中只需几个小时结构就可能崩塌并失去结晶度。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂及其制备方法和在氨的湿式催化氧化中的应用。本发明采用离子液体作为氮掺杂碳的氮源和碳源，通过离子液体与金属前驱体所形成的配体包覆分子筛，大大提高了分子筛催化剂的水热稳定性，并增强了金属在分子筛表面的分散情况，从而提高其在氨的湿式催化氧化中的活性和稳定性。

为达到本发明的目的，本发明氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂以分子筛为载体，氮掺杂碳包覆，并负载金属钌，所述分子筛中硅铝摩尔比为1:0.1-10，钌的负载量按质量百分数计相当于载体重量的0.1％～5％。金属前驱体引入到分子筛中，利用其不易挥发的特性均匀附着在分子筛表面。

本发明还提供了一种前述氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)P型分子筛的水热合成：配制氢氧化钠溶液，然后加入硅酸钠和乙醇胺，再将铝酸钠溶于水中，进行恒温水浴振荡，再放入水热反应釜中进行水热反应，抽滤，分离出沉淀物并洗涤至中性，干燥，之后进行焙烧，得到P型分子筛。

(2)氮掺杂碳包覆与金属钌的负载：取离子液体与乙醇进行混合，再加入氯化钌溶液，超声分散后加入步骤(1)所得分子筛，搅拌，待乙醇完全挥发后在氮气氛围中煅烧，得到以氮掺杂碳包覆分子筛为载体的氧化钌基催化剂；

(3)还原：将步骤(2)所得氮掺杂碳包覆分子筛为载体的氧化钌基催化剂还原，得到氮掺杂碳包覆分子筛负载钌催化剂。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中氢氧化钠溶液是0.01～1mol/L的溶液。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中硅酸钠、乙醇胺的质量体积比为2～10g:1～8mL。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中将铝酸钠溶于水中使铝酸钠与水的质量比为1:25-80。