一种高负载效率催化剂载体及其制备方法与流程

本发明属于催化剂载体制备，具体涉及一种高负载效率催化剂载体及其制备方法。

背景技术：

1、工业上使用的催化剂通常不是仅由单一物质构成，而是由多种物质构成的混合体，依据这些物质在催化剂中所起的作用可以将其分为以下三类：主催化剂，助催化剂和催化剂载体。主催化剂是催化剂中的主要活性成分，它所起的作用就是加速催化反应的进行；助催化剂本身并没有活性或活性很低，但是它的加入能很好的提高催化剂的活性、选择性和稳定性；催化剂载体是催化剂中很重要的组成部分，在确定了催化剂的活性组分后，载体的选取对催化反应会有很大影响。

2、催化剂载体能在很多方面改善催化剂的性能，例如，能增加反应发生的有效表面，提供反应活性中心和合适的孔道结构，这都能影响催化剂的活性和选择性，并且能提高催化剂的机械强度、热稳定性和催化剂抗中毒性能。

3、其中，氧化铝在催化剂载体的使用中占有很大的比例，这主要是由于氧化铝载体具有作为催化剂载体所应有的大部分优良性质。铝是地壳中存在最丰富的元素，在地壳中的质量分数高达8.8%。虽然自然界中还没有发现游离态的铝，但是铝的分布遍布陆地和海洋。现在大部分的铝资源被用来电解制备金属铝单质，以氧化铝或氢氧化铝为代表的含铝化合物在其他领域的应用也在不断扩展，这些领域包括陶瓷、磨具、医药、吸附和催化等，其中应用在催化领域的通常被称之为“活性氧化铝”。

4、因为氧化铝有诸多优异性质而在催化剂载体等领域具有很大的应用价值，所以它一直都引起工作者的广泛关注，现有技术大都是通过在水或溶剂中利用有机-无机离子相互作用力来实现多孔氧化铝催化剂载体的组装。目前主要的氧化铝载体合成方法有模板法、溶剂热法和溶胶-凝胶法。虽然已经有大量通过使用表面活性剂作为模板合成氧化铝载体的研究，但是在合成过程中存在很多问题，例如使用的模板价格昂贵，无法循环使用，合成成本高，无法工业化推广；在去除模板时，由于模板和氧化铝之间的作用力太强而使形成的孔道容易塌陷等，难以制备具有高负载效率的催化剂载体。

技术实现思路

1、为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高负载效率催化剂载体及其制备方法，通过加入不同分子量的peg制备改性的氧化铝前驱体，通过煅烧工艺制备氧化铝催化剂载体，可以解决现有的载体比表面积低、孔径小、负载率低的技术问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种高负载效率催化剂载体的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）向去离子水中加入铝盐和peg模板剂，加热分散均匀得到铝盐混合溶液；peg模板剂和铝盐的质量比为（0.1-1）：1；peg模板剂数均分子量为5000-10000；

5、（2）向去离子水中加入铵盐和peg 表面活性剂，得铵盐混合溶液；peg表面活性剂数均分子量为200-1000；

6、（3）边搅拌边向铵盐混合溶液中滴加铝盐混合溶液，并用碱液调节铵盐混合溶液ph大于7；滴加完毕后，经老化，离心，洗涤，得沉淀；

7、（4）将沉淀和peg致孔剂分散于去离子水中，机械搅拌均匀后置于烘箱中干燥；peg致孔剂数均分子量为4000-7000；peg致孔剂和铝盐的质量比为（0.1-1）：1；

8、（5）将干燥产物置于马弗炉中进行煅烧处理，冷却后得到高负载效率催化剂载体。

9、peg作为本领域较为常见的有机高分子物质，其通常作为表面活性剂和模板剂来制备氧化铝载体。现有技术生产的氧化铝载体成本较高，不同分子量的peg表面活性剂和模板剂相互配合虽然可以在一定程度上提高氧化铝比表面积和负载效率，但是这种方法通过制备凝胶时控制沉淀及老化过程来实现，不能大幅度改变物性。现有技术一般仅在铝盐溶液中添加模板剂或表面活性剂，发明人在之前工作的基础上，通过调整peg的加入时机，使peg起到分散剂和造孔剂的作用。先以不同分子量的peg作为模板剂和表面活性剂，通过铵铝法制备具有疏松结构的前驱体沉淀，然后加入特定分子量的peg致孔剂，peg致孔剂不仅起到致孔的作用，而且可以分散稳定前驱体沉淀，抑制粒子之间的团聚，使煅烧产物具有更大的比表面积。peg致孔剂与前驱体沉淀充分混合并在成型颗粒内占据一定体积，载体高温焙烧时致孔剂会转化为气体逸出，从而释放出原有空间形成一定数量的大孔。

10、本发明通过调整peg致孔剂分子量，有效提高了载体比表面积和孔容，进而提高其负载效率。peg分子量过小，导致其与前驱体结合力弱，氧化铝的多孔结构受到影响，孔容降低；分子量过大时，peg胶团或胶束粘度大，分散不均，也影响了与前驱体沉淀的复合，不能均匀分散到前驱体中，难以起到致孔剂的作用。

11、同时，peg用量也会影响载体性能。peg致孔剂用量少时，不能充分填充前驱体沉淀，得到的氧化铝孔容较小；用量过多时，不仅达到了填充极限，更重要的是可能会因煅烧过程中致孔剂的脱除导致孔道结构破坏，降低载体的比表面积和机械强度。

12、在一实施例中，步骤（1）中铝盐为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种或几种；铝盐混合溶液中，铝盐浓度为0.1-0.3mol/l。

13、在一实施例中，步骤（1）中加热温度为50-60℃；分散为采用超声分散，超声分散的频率为50-80khz。

14、在一实施例中，步骤（2）中铵盐为碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或几种；铵盐浓度为0.6-1mol/l。

15、在一实施例中，步骤（2）中铵盐与铝盐的摩尔比为（5-10）:1； peg表面活性剂和铝盐的质量比为（0.01-0.05）：1。

16、在一实施例中，步骤（3）中碱液为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或几种；碱液浓度为8-10mol/l。

17、在一实施例中，步骤（3）中ph为8-10；洗涤为采用去离子水和乙醇进行交替洗涤。

18、在一实施例中，步骤（4）中干燥温度为100-130℃。

19、在一实施例中，步骤（5）中煅烧温度为600-700℃，时间为4-6h。

20、另一方面，本发明还提供了一种高负载效率催化剂载体，相比于传统的氧化铝载体，该氧化铝载体比表面积大，可大大提高催化剂的活性和使用寿命。

21、本发明的有益效果如下：

22、1. 本发明制备的氧化铝具有大孔容和高比表面积，可以提供更多的活性中心，开阔的扩散空间及较大的积炭、硫化物和金属容纳空间，负载率高，更好的满足生产需求。

23、2. 本发明氧化铝载体制备过程简单，原料易得，在有效调节载体孔道结构的同时调节载体的表面化学性质，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中铝盐为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种或几种；铝盐混合溶液中，铝盐浓度为0.1-0.3mol/l。

3.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中加热温度为50-60℃；分散为采用超声分散，超声分散的频率为50-80khz。

4.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中铵盐为碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或几种；铵盐浓度为0.6-1mol/l。

5.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中铵盐与铝盐的摩尔比为（5-10）:1；peg表面活性剂和铝盐的质量比为（0.01-0.05）：1。

6.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中碱液为氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或几种；碱液浓度为8-10mol/l。

7.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中ph为8-10；洗涤为采用去离子水和乙醇进行交替洗涤。

8.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（4）中干燥温度为100-130℃。

9.如权利要求1所述的高负载效率催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤（5）中煅烧温度为600-700℃，时间为4-6h。

10.一种高负载效率催化剂载体，其特征在于：由权利要求1-9中任意一项所述的高负载效率催化剂载体的制备方法制得。

技术总结
本发明属于催化剂载体制备技术领域，具体涉及一种高负载效率催化剂载体及其制备方法，包括以下步骤：（1）向去离子水中加入铝盐和PEG模板剂，得到铝盐混合溶液；（2）向去离子水中加入铵盐和PEG表面活性剂，得铵盐混合溶液；（3）边搅拌边向铵盐混合溶液中滴加铝盐混合溶液；经老化，离心，洗涤，得沉淀；（4）将沉淀和PEG致孔剂分散于去离子水中，置于烘箱中干燥；（5）煅烧处理，冷却后得到高负载效率催化剂载体。通过加入不同分子量的PEG制备改性的氧化铝前驱体，通过煅烧工艺制备氧化铝催化剂载体，可以解决现有的载体比表面积低、孔径小、负载率低的技术问题。

技术研发人员：石克,崔广兴,孙世骄,单连亮,翟洪兵,李锋
受保护的技术使用者：山东公泉化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14