[发明专利]一种超稳定的乙炔选择加氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超稳定的乙炔选择加氢催化剂及其制备方法和应用，其中超稳定的乙炔选择加氢催化剂由载体及负载于载体上的活性组分组成，其中活性组分为贵金属钯，载体为沸石咪唑骨架ZIF‑8，贵金属钯通过协同沸石咪唑骨架材料的限域作用和钯锌金属‑金属强相互作用以稳定的单原子形式分散于沸石咪唑骨架ZIF‑8表面，本发明还具体公开了该超稳定的乙炔选择加氢催化剂的制备方法及其在乙炔选择性加氢反应中的应用。本发明采用超稳定的催化剂作为乙炔选择性加氢反应的催化剂，该催化剂具有优异的乙烯选择性和稳定性，在300h测试中未见活性降低，并且在130℃反应温度下得到100%乙炔转化率和90%乙烯选择性，同时该催化剂能够稳定使用长达155h。

技术领域

本发明属于工业催化剂的制备技术领域，具体涉及一种超稳定的乙炔选择加氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

乙烯作为石油化工中不可或缺的原料，主要用于生产聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷等。工业上乙烯主要由石脑油裂解获得，该过程中不可避免地含有约0.1wt%-2wt%的乙炔副产物。乙炔会导致乙烯聚合过程中所采用的催化剂中毒失活，所以在聚合反应前必须将乙炔含量降至5ppm以下。

选择性加氢法具有能耗低、过程简单、变废为宝等优点，因此，成为工业上常见的脱除乙炔精制乙烯的方法。钯单原子催化剂一方面提高了贵金属的利用率，另一方面有助于调控乙烯吸附行为从较强的2σ键转变为较弱的π键，促进其脱附，进而提高乙烯选择性。但随着金属物种尺寸的减小，其表面能增加，因此，制备超稳定的钯单原子催化剂亟需且面临较大挑战。

近年来，沸石咪唑骨架结构材料凭借其较高的孔隙率、良好的热稳定性和化学稳定性成为优良的催化材料或催化剂载体。此外，钯原子与锌原子间具有金属-金属强相互作用。基于以上背景，本发明提供了一种沸石咪唑骨架材料限域的钯单原子催化剂，以提高在乙炔选择加氢反应中的选择性和稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种超稳定的乙炔选择加氢催化剂及其制备方法，该催化剂通过协同沸石咪唑骨架材料的限域作用和钯锌金属-金属强相互作用使钯以稳定的单原子形式高度分散于载体表面，在乙炔选择性加氢反应中能够显著提高乙烯选择性和催化剂稳定性。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种超稳定的乙炔选择加氢催化剂，其特征在于：该催化剂由载体及负载于载体上的活性组分组成，其中活性组分为贵金属钯，载体为沸石咪唑骨架ZIF-8，贵金属钯通过协同沸石咪唑骨架材料的限域作用和钯锌金属-金属强相互作用以稳定的单原子形式分散于沸石咪唑骨架ZIF-8表面。

进一步限定，所述贵金属钯的负载量为0.01wt%～0.5wt%。

本发明所述的超稳定的乙炔选择加氢催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将锌源溶于甲醇或水溶剂中获得溶液A，将有机配体2-甲基咪唑溶于甲醇或水溶剂中获得溶液B，将溶液A倒入溶液B中并于20～50℃水浴中搅拌6～24h得到悬浊液；

步骤S2：将步骤S1得到的悬浊液经多次离心洗涤后于50～80℃干燥8～12h，再经过研磨后于100～350℃煅烧2～12h得到沸石咪唑骨架ZIF-8载体；

步骤S3：将钯源溶液与步骤S2得到的沸石咪唑骨架ZIF-8载体采用等体积浸渍法以使活性金属钯负载到沸石咪唑骨架ZIF-8载体表面，经阴干6～24h、50～150℃干燥6～24h、200～400℃煅烧2～5h、100～400℃还原得到沸石咪唑骨架结构ZIF-8负载的钯基催化剂。

进一步限定，步骤S1中所述锌源为六水合硝酸锌、醋酸锌或氯化锌，步骤S3中所述钯源为硝酸钯、氯化钯或醋酸钯中的一种或多种。

进一步限定，步骤S1中所述锌源与有机配体的摩尔比为1:5～1:20。

进一步限定，步骤S2中离心速率为8000～10000rpm，离心时间为5min，离心后采用甲醇洗涤。