[发明专利]核壳型钒基金属氧化物催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种核壳型钒基金属氧化物催化剂，包括内核和表面壳层，其特征在于，所述内核为至少含有金属钒的金属氧化物纳米颗粒，所述表面壳层为基于钒氧化物和碱土金属氧化物固相反应生成的碱土金属钒酸盐；所述金属氧化物纳米颗粒作为体相供氧剂，所述碱土金属钒酸盐作为催化活性位点；

其中，所述金属氧化物纳米颗粒中除金属钒以外的的金属A为Fe,Bi,Mn中的至少一种；

其中，所述碱土金属钒酸盐中的碱土金属B为Mg,Ca,Sr,Ba中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种核壳型钒基金属氧化物催化剂，其特征在于，所述金属A的质量为催化剂总质量的0-30wt.％；所述碱土金属B的质量为催化剂总质量的1-20wt.％。

3.根据权利要求1所述的一种核壳型钒基金属氧化物催化剂，其特征在于，所述金属氧化物纳米颗粒的粒径为100-200nm，所述表面壳层的厚度为1-10nm。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述核壳型钒基金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

(1)将金属A的前驱体盐和钒前驱体盐分别溶于水后，再将两者混合均匀；而后混合液在水浴中加热蒸干；其中，金属A为Fe,Bi,Mn中的至少一种；

(2)将步骤(1)得到的物质干燥后进行焙烧，焙烧气氛为空气，焙烧温度为500-700℃，焙烧后得到所述金属氧化物纳米颗粒；

(3)将金属B的前驱体盐溶于水中形成浸渍液，将浸渍液浸渍到步骤(2)得到的所述金属氧化物纳米颗粒上；其中，金属B为Mg,Ca,Sr,Ba中的至少一种；

(4)将步骤(3)得到的物质干燥后进行焙烧，焙烧气氛为空气，焙烧温度为500-700℃；焙烧后得到所述核壳型钒基复合金属氧化物催化剂。

5.根据权利要求4所述核壳型钒基金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的所述金属A的前驱体盐为硝酸铁，硝酸铋，硝酸锰中的至少一种，所述钒前驱体盐为偏钒酸铵与络合剂混合。

6.根据权利要求4所述核壳型钒基金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的所述金属B的前驱体盐为硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶，硝酸钡中的至少一种。

7.根据权利要求4所述核壳型钒基金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)中，干燥温度为80-100℃，干燥时间为6-12h；焙烧时间为1-8小时。

8.一种如权利要求1-3中任一项所述核壳型钒基金属氧化物催化剂的应用，其特征在于，用于低碳烷烃化学链氧化脱氢：

在无氧气共进料的条件下，所述催化剂与低碳烷烃反应，所述碱土金属钒酸盐作为氧化脱氢催化位点将低碳烷烃转化为相应的烯烃和水；所述金属氧化物纳米颗粒中的金属氧化物作为供氧剂以补充表面消耗的晶格氧，所述金属氧化物中的金属被还原为低价态；反应后的所述催化剂通入氧气或空气进行再生，低价态的所述金属氧化物中的晶格氧获得补充，同时使积碳进行燃烧并释放热能；在经历上述循环后，所述催化剂回到初始状态。

9.根据权利要求8所述的核壳型钒基金属氧化物催化剂的应用，其特征在于，所述低碳烷烃的碳原子数为2-4。

10.根据权利要求8所述的核壳型钒基金属氧化物催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂压片成型并过筛后，与石英砂按照(0.2—1)：1的质量比物理混合均匀；反应在常压下进行，反应温度为450-650℃；预通入氮气以排除空气，随后再通入低碳烷烃；其中低碳烷烃和氮气总流量为20-50ml/min，低碳烷烃体积百分数为5-30％。