[发明专利]具有高分散Pt负载的氮化硼气凝胶的制备方法及其协同等离子体催化甲烷选择氧化的应用

说明书

本发明公开了具有高分散Pt负载的氮化硼气凝胶的制备方法及其协同等离子体催化甲烷选择氧化的应用，其中所述制备方法包括：将Pt源、硼源及胺源溶解在醇水混合溶液中得到混合物，将所述混合物加热搅拌溶解得到透明混合溶液，超声处理所述透明混合溶液得到白色水凝胶，其中超声处理过程中所述透明混合溶液冷却至25℃，将所述白色水凝胶冷冻干燥，得到白色气凝胶状前驱体；本发明采用原位制备高分散Pt限域的超轻管状或纤维状的氮化硼气凝胶基础材料，以此作为催化剂协同低温等离子体催化甲烷选择氧化制甲醇，具有优异的甲醇收率和反应稳定性。

技术领域

本发明公开涉及新型材料高附加值应用和工业催化技术领域，尤其涉及具有高分散Pt负载的氮化硼气凝胶的制备方法及其协同等离子体催化甲烷选择氧化的应用。

背景技术

随着天然气、页岩气等全球探明储量的不断增加，其主要成分甲烷作为洁净的化石能源的利用具有重要的经济和研究价值。目前工业利用甲烷采用间接法，首先通过高温蒸汽重整产生合成气(CO和H₂)，再通过费托合成转化为碳氢化合物，或者通过高压反应生成甲醇；甲烷直接转化的路径目前正处于研究阶段，其中包括液相/气相选择氧化甲烷制含氧化合物或甲烷无氧或有氧偶联制烷(烯烃)烃。然而上述转化的过程通常需要高温、高压或化学脉冲间歇式的反应条件，造成较高的设备投资或能源消耗。

采用简单的设备连续高效的转化甲烷为高附加值的液相产物，有利于偏远地区甲烷资源的灵活利用和运输。低温等离子体协同催化剂转化甲烷选择氧化制甲醇具有所需设备简单，常压低温反应条件即可激发解离甲烷C-H键等优点，是非常有潜力的工业化转化甲烷的有效途径。采用廉价易得的氧气作为氧化剂氧化甲烷，控制反应选择性的生成甲醇，抑制活泼的甲醇进一步氧化生成热力学更稳定的CO和CO₂是该反应面临的挑战。因此，开发适用于等离子体催化的新型高选择性催化剂体系是其中的关键。

经前期采用介质阻挡反应器(DBD)研究氧化甲烷制甲醇发现，相对于纯等离子体催化，等离子体放电区域填充适宜的催化剂有利提高甲醇的选择性。Indarto等(Utilization,and Environmental Effects,2008,30,1628-1636.)采用了一种铱稳定的二氧化锆(YSZ)作为载体，负载Ni为活性组分，在等离子体与Ni/YSZ协同作用下，甲烷转化率35％，甲醇选择性最高达到23％。Chawhury等[Fuel Processing Technology,2018,179,32-41；Catalysis Today,2019.337,117-125]报道了一种Cu/γ-Al₂O₃催化剂，在介质阻挡反应器中，纯等离子条件下甲醇选择性为23％，加入Cu/γ-Al₂O₃催化剂后，甲醇选择性提高至37％。最近，该课题组研究(Applied Catalysis B:Environmental 284(2021)119735)报道了Fe/γ-Al₂O₃催化剂可以达到最高的甲醇选择性为36.0％，其产率为4.7％。Yi等(Applied Catalysis B:Environmental 296(2021)120384)采用镍基催化剂协同等离子体催化甲烷选择氧化，液相含氧化合物的选择性可以达到81％，其中甲醇的选择性和收率最高分别达50％和3.2％。

虽然上述适用于等离子体的甲烷选择氧化催化剂研究取得了一定的进展，但其转化率和选择性还需进一步提升，且液相产物复杂为产物提纯分离增加了成本。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种具有高分散Pt负载的氮化硼气凝胶的制备方法及其协同等离子体催化甲烷选择氧化的应用；以解决现有技术中催化剂的转化率、选择性等问题。