CN109603797A - 一种核壳结构催化剂载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核壳结构催化剂载体及其制备方法。其技术方案是：将铝硅合金粉用酸、或将用碱和去离子水交替洗涤，于保护气氛中和60～200℃条件下干燥，再置于水蒸气中，保持10～180min，制得核壳结构催化剂载体前驱体；所述水蒸气的温度为100～350℃，水蒸气的表压为0.01～0.9MPa。然后将核壳结构催化剂载体前驱体在空气气氛和400～580℃条件下，保温2～5h，制得核壳结构催化剂载体。本发明具有生产成本低、制备工艺简单和易于工业化生产的特点，制备的核壳结构催化剂载体比表面积大和吸附率高，强度高和使用寿命长，使用范围广，尤其适用于纳米金属催化剂。
Description
技术领域
本发明属于催化剂载体技术领域。具体涉及一种核壳结构催化剂载体及其制备方法。
背景技术
催化剂载体是催化剂的重要组成部分，它影响所负载的催化剂纳米粒子在其表面的分散情况、粒径大小、暴露晶面等，并进一步影响纳米粒子的催化性、选择性和稳定性。核壳结构催化剂载体因其兼具有核的特性和壳的特性，成为新型催化剂载体的研究热点。如“一种用于制备加氢脱氧催化剂的核-壳结构载体的制备方法”(CN201510237078.X)专利技术，提出了一种包裹二氧化钛核-壳催化剂载体，改善了催化剂的表面吸附性能，从而提高了催化活性和目标产物选择性，但该技术工艺复杂，比表面积低导致影响吸附效果；再如“用于烷烃异构化催化剂的核-壳结构载体及其制备方法”(CN201710659594.0)专利技术，通过采用水热法制备氧化锆包覆的氧化铝复合材料，合成具有膜层连续的核-壳催化剂载体，制得核壳结构ZrO2@X催化剂载体，此技术虽然增加ZrO2颗粒在载体表面负载的稳定性，但是由于此技术采用正丁醇锆的分解生成ZrO2，制备的催化剂载体易团聚，因此会减小比表面积，从而降低吸附效果。
铝硅合金是重要的铝合金之一，具有延展性好、导电导热系数高、密度低等特点，被广泛应用于汽车、建筑、交通等行业。铝硅合金粉为直径小于1mm的铝硅合金颗粒，可以用于粉末冶金、航空航天、3D打印等。这些优异性能使其成为催化剂载体材料。近年来，有一些学者也对铝硅合金粉作为催化剂载体进行了研究。比如“核壳结构蓄热氧载体及其制备方法”(CN102925245.A)专利技术，用溶液法，经过沉淀、过滤、干燥和焙烧，制得以金属为核、二氧化钛为内壳和氧载体为外壳的具有蓄热功能的氧载体材料。但该技术由于采用纳米微球为原料，成本高，且工艺步骤繁杂、不易控制和难以实现大规模工业化生产。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种生产成本低、制备工艺简单和易于工业化生产的核壳结构催化剂载体的制备方法，所制备的核壳结构催化剂载体比表面积高、吸附效果好和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一、将铝硅合金粉用酸和去离子水交替洗涤1～10次、或将所述铝硅合金粉用碱和去离子水交替洗涤1～10次，再置于保护气氛中，在60～200℃条件下干燥3～12h，制得表面改性铝硅合金粉。
步骤二、将所述表面改性铝硅合金粉置于水蒸气中，保持10～180min，制得核壳结构催化剂载体前驱体。
所述水蒸气的温度为100～350℃，所述水蒸气的表压为0.01～0.9MPa。
步骤三、将所述核壳结构催化剂载体前驱体在空气气氛和400～580℃条件下，保温2～5h，制得核壳结构催化剂载体。所述铝硅合金粉的粒径为0.3～10μm，铝硅合金粉中的Si含量为0.1～25wt％。
所述酸的pH值为3～5。
所述碱的pH值为9～11。
所述保护气氛为氩气或为氮气气氛。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明以铝硅合金粉为原料，不仅生产成本低，且易于工业化生产。本发明的工艺是先将铝硅合金粉洗涤后在保护气氛中干燥，在于水蒸气中放置后在400～580℃条件下保温，制得核壳结构催化剂载体，制备工艺简单。
本发明采用的铝硅合金中的铝为两性物质，易与水蒸气发生反应生成氢氧化铝；又由于铝硅合金中铝与硅的分散分布，使得反应生成的氢氧化铝不会形成致密薄膜而阻碍反应的进一步进行。因此，铝硅合金在水蒸气中放置一段时间后，表面会形成具有疏松多孔结构的氢氧化铝。疏松多孔的氢氧化铝在加热后转变为具有疏松多孔结构的γ-氧化铝，γ-氧化铝在铝硅合金基体的支撑下具有较高的强度，且又因具有疏松多孔结构，所以具有比表面积大的优点，故吸附催化剂效果好，使用范围广，尤其适用于纳米金属催化剂，如纳米铁粉、纳米钴粉和纳米镍粉中的一种以上。又由于生成的γ-氧化铝为氧化铝的一种形式，不易与其他物质发生反应，具有对外的相对稳定性，因此利于催化剂的脱附和循环使用，使用寿命长，降低了成本。
因此，本发明具有生产成本低、制备工艺简单和易于工业化生产的特点，制备的核壳结构催化剂载体有效利用了铝硅合金的基体提供支撑，提高了催化剂载体的强度和使用寿命长；所制备的核壳结构催化剂载体比表面积大和吸附率高，使用范围广，尤其适用于纳米金属催化剂。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：所述酸的pH值为3～5；所述碱的pH值为9～11。实施例中不再赘述。
实施例1
一种核壳结构催化剂载体及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、将铝硅合金粉用酸和去离子水交替洗涤1～5次，再置于保护气氛中，在60～120℃条件下干燥3～6h，制得表面改性铝硅合金粉。
步骤二、将所述表面改性铝硅合金粉置于水蒸气中，保持10～75min，制得核壳结构催化剂载体前驱体。
所述水蒸气的温度为100～200℃，所述水蒸气的表压为0.01～0.3MPa。
步骤三、将所述核壳结构催化剂载体前驱体在空气气氛和400～460℃条件下，保温2～3h，制得核壳结构催化剂载体。
所述铝硅合金粉的粒径为0.3～4μm，铝硅合金粉中的Si含量为0.1～8.5wt％。
所述保护气氛为氮气气氛。
实施例2
一种核壳结构催化剂载体及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、将所述铝硅合金粉用碱和去离子水交替洗涤3～8次，再置于保护气氛中，在100～160℃条件下干燥6～9h，制得表面改性铝硅合金粉。
步骤二、将所述表面改性铝硅合金粉置于水蒸气中，保持65～130min，制得核壳结构催化剂载体前驱体。
所述水蒸气的温度为180～280℃，所述水蒸气的表压为0.3～0.6MPa。
步骤三、将所述核壳结构催化剂载体前驱体在空气气氛和460～520℃条件下，保温3～4h，制得核壳结构催化剂载体。
所述铝硅合金粉的粒径为3～7μm，铝硅合金粉中的Si含量为8～16.5wt％。
所述保护气氛为氩气气氛。
实施例3
一种核壳结构催化剂载体及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、将所述铝硅合金粉用碱和去离子水交替洗涤5～10次，再置于保护气氛中，在140～200℃条件下干燥9～12h，制得表面改性铝硅合金粉。
步骤二、将所述表面改性铝硅合金粉置于水蒸气中，保持120～180min，制得核壳结构催化剂载体前驱体。
所述水蒸气的温度为260～350℃，所述水蒸气的表压为0.6～0.9MPa。
步骤三、将所述核壳结构催化剂载体前驱体在空气气氛和520～580℃条件下，保温4～5h，制得核壳结构催化剂载体。
所述铝硅合金粉的粒径为6～10μm，铝硅合金粉中的Si含量为16～25wt％。
所述保护气氛为氩气气氛。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式以铝硅合金粉为原料，不仅生产成本低，且易于工业化生产。本具体实施方式的工艺是先将铝硅合金粉洗涤后在保护气氛中干燥，在于水蒸气中放置后在400～580℃条件下保温，制得核壳结构催化剂载体，制备工艺简单。
本具体实施方式采用的铝硅合金中的铝为两性物质，易与水蒸气发生反应生成氢氧化铝；又由于铝硅合金中铝与硅的分散分布，使得反应生成的氢氧化铝不会形成致密薄膜而阻碍反应的进一步进行。因此，铝硅合金在水蒸气中放置一段时间后，表面会形成具有疏松多孔结构的氢氧化铝。疏松多孔的氢氧化铝在加热后转变为具有疏松多孔结构的γ-氧化铝，γ-氧化铝在铝硅合金基体的支撑下具有较高的强度，且又因具有疏松多孔结构，所以具有比表面积大的优点，故吸附催化剂效果好，使用范围广，尤其适用于纳米金属催化剂，如纳米铁粉、纳米钴粉和纳米镍粉中的一种以上。又由于生成的γ-氧化铝为氧化铝的一种形式，不易与其他物质发生反应，具有对外的相对稳定性，因此利于催化剂的脱附和循环使用，使用寿命长，降低了成本。
因此，本具体实施方式具有生产成本低、制备工艺简单和易于工业化生产的特点，制备的核壳结构催化剂载体有效利用了铝硅合金的基体提供支撑，提高了催化剂载体的强度，使用寿命长；所制备的核壳结构催化剂载体比表面积大和吸附率高，使用范围广，尤其适用于纳米金属催化剂。
Claims (6)
1.一种核壳结构催化剂载体的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤一、将铝硅合金粉用酸和去离子水交替洗涤1～10次、或将所述铝硅合金粉用碱和去离子水交替洗涤1～10次，再置于保护气氛中，在60～200℃条件下干燥3～12h，制得表面改性铝硅合金粉；
步骤二、将所述表面改性铝硅合金粉置于水蒸气中，保持10～180min，制得核壳结构催化剂载体前驱体；
所述水蒸气的温度为100～350℃，所述水蒸气的表压为0.01～0.9MPa；
步骤三、将所述核壳结构催化剂载体前驱体在空气气氛和400～580℃条件下，保温2～5h，制得核壳结构催化剂载体。
2.根据权利要求1所述的核壳结构催化剂载体的制备方法，其特征在于所述铝硅合金粉的粒径为0.3～10μm，铝硅合金粉中的Si含量为0.1～25wt％。
3.根据权利要求1所述的核壳结构催化剂载体的制备方法，其特征在于所述酸的pH值为3～5。
4.根据权利要求1所述的核壳结构催化剂载体的制备方法，其特征在于所述碱的pH值为9～11。
5.根据权利要求1所述的核壳结构催化剂载体的制备方法，其特征在于所述保护气氛为氩气或为氮气气氛。
6.一种核壳结构催化剂载体，其特征在于所述核壳结构催化剂载体是根据权利要求1～5项中任一项所述的核壳结构催化剂载体的制备方法所制备的核壳结构催化剂载体。
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