CN110227536A - 一种用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
一种用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM‑41复合催化剂及其制备和应用，所述的NiMoW/MCM‑41催化剂中包含MCM‑41分子筛和负载于分子筛上的活性金属镍、钼以及钨金属元素，其中钨的负载量为载体质量的1wt％～15wt％，其他金属的负载量与钨的质量之比为1:5～1:1。本发明催化剂采用共浸渍法制备，不但制备方法简单、重复性好，而且具有较高的活性和稳定性；在用于辛酸加氢脱氧反应时，于270℃、3MPa氢气初始压力和7h反应时间条件下，辛酸的转化率为97.1％，产物分布中辛烷的选择性高达72.0％，具有实际意义。
Description
技术领域
本发明设计一种NiMoW/MCM-41负载型复合催化剂的制备方法及其应用，属于催化剂技术领域。
背景技术
目前，关于油脂的加氢脱氧制备液体燃料的方法，通常选择长链碳脂肪酸(C16-C22)作为模型化合物。但是不同碳链长度的脂肪酸的物理性质有所不同，如酸性，极性和空间位阻等。这些不同的物理性质也会使得其所需催化剂的性能不同。因此，研究中链脂肪酸，如辛酸的加氢脱氧性能具有重要的理论和应用价值。
Laszlo B(Laszlo B,Gyoergy O,Hanna S,et al.Catalytic hydroconversionof tricaprylin and caprylic acid as model reaction for biofuel productionfrom triglycerides[J].Applied Catalysis A:General,2010,374(1-2):158-169)研究了在Ni/Mo/β-Al2O3催化剂上辛酸的催化加氢转化，获得了70％的最佳辛酸转化率，C8烷烃的产率为30％，但是这种催化加氢转化率不高。Chen H(Chen H,Wu YL,Qi ST,etal.Deoxygenation of octanoic acid catalyzed by hollow spherical Ni/ZrO2[J].Applied Catalysis A:General,2017,529:79-90)等研究了在中空球形Ni/ZrO2上辛酸的加氢脱氧，反应途径主要是脱羧反应，产物大部分为庚烷，不符合原子经济性。
Lu M(Lu M,Zhang L,Li R,et al.Efficient hydrogrnation performanceimprovement of MoP and Ni2P catalysts by adjusting the electron distributionaround Mo and Ni atoms[J].RSC Advances,2016,6(69):65081-65088)通过添加W调节Mo和Ni原子周围的电子分布，有效提高MoP和Ni2P催化剂的加氢性能，发现W的加入有利于加氢脱氧选择性的增强。
由此可见现在用于辛酸加氢脱氧的催化剂主要存在选择性低、产率低和回收难等缺点，在实际应用受到限制。同时，金属W有利于加氢脱氧的选择性的提高。因此，研究NiMoW/MCM-41负载型复合催化剂选择催化加氢辛酸制备辛烷的研究具有重要意义。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂及其制备和应用，该复合催化剂用于选择催化加氢辛酸制备辛烷。该催化剂具有高活性，高选择性，高稳定性和良好的循环利用率。
技术方案：本发明是一种用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂，所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中包含作为载体的MCM-41分子筛和镍、钼以及钨活性金属。
其中，
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中MCM-41分子筛的比表面积为700～900m2/g，孔体积为0.4～0.6cm3/g，平均孔径2～6nm。
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中钨在载体上的负载量以钨的质量为计为载体质量的1wt％～15wt％。
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中其他金属的负载量与钨的质量之比为1:5～1:1。
本发明的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂的制备方法，采用共浸渍法制备，包括以下步骤：
a)按所需的钨负载量以及镍钼金属的添加量，称取钨酸和镍钼金属的可溶性盐配制成混合水溶液；
b)将配制成的混合水溶液加入到过200～270目筛干燥的MCM-41中，室温下搅拌12～24h，得到混合物；
c)将所述的混合物经60～80℃真空旋蒸，100～180℃烘干12～24h，于450～550℃焙烧3～6h；
d)将焙烧后的产物置于管式炉中，用H2进行吹扫还原，H2的流速为60-80ml/min；采用分段式程序升温：首先以5-10℃/min的升温速度从室温升至300℃并保持20min，随后以5-10℃/min的升温速度升至450℃，并在450℃下H2还原4h，最后在H2流中以10℃/min降至室温得到NiMoW/MCM-41复合催化剂。
其中，
步骤a)所述可溶性盐为硝酸镍和钼酸铵。
本发明的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂在辛酸加氢脱氧中应用，辛酸加氢脱氧方法采用反应釜进行反应，反应条件为：反应温度为240～300℃，氢气的初始压力为1～3MPa，反应时间为4～10h。
有益效果：本发明所制备的镍、钼和钨负载型复合催化剂中，不同关键组分镍、钼和钨的负载量对复合催化剂的催化活性、产物的选择性有重大影响。同时，载体MCM-41比表面积大和良好的孔道结构等自身固有性质和载体MCM-41与Ni、Mo和W之间的相互作用，对催化剂的活性也有重要的影响。与单一的纳米催化剂和单一金属负载型催化剂相比，制备的多元纳米金属负载型催化剂在催化反应过程中具有良好的催化活性、稳定性和高选择性，以及良好的回收利用率。
具体实施方式
下面通过实施例来对本发明作进一步阐述，需要说明的是以下实例仅用于说明而不用于限制本发明的范围。凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本发明的保护范围之内。
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中包含作为载体的MCM-41分子筛和镍、钼以及钨活性金属。
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中MCM-41分子筛的比表面积为700～900m2/g，孔体积为0.4～0.6cm3/g，平均孔径2～6nm。
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中钨在载体上的负载量以钨的质量为计为载体质量的1wt％～15wt％。
所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中其他金属的负载量与钨的质量之比为1:5～1:1。
实施例1：
1)分别称取0.743g硝酸镍、1.932g钼酸铵和0.041g钨酸配置成100mL的水溶液，向混合溶液中加入3g预先过200目筛干燥的MCM-41粉末，室温下搅拌24h，经60℃真空旋蒸，110℃烘干12h，于550℃焙烧5h，得到固体粉末样品。
2)将步骤1)中焙烧后的固体粉末称取1g，在氢气氛围下，流速为60-80min/mL，450℃还原4h，得到NiMoW/MCM-41复合催化剂。
取1g上述方法制备的催化剂放入100mL的高压釜中，加入1g辛酸和26g己烷，混合均匀，封釜，用N2气置换釜内空气3次，再用H2置换釜内N2 3次，之后充入3MPa的H2，开启搅拌600rpm，加热至270℃反应7h。所得料液出去催化剂，用气相色谱分析产物组成，辛酸转化率95.8％，辛烷选择性65.2％。
实施例2：
1)分别称取0.743g硝酸镍、1.932g钼酸铵和0.204g钨酸配置成100mL的水溶液，向混合溶液中加入3g预先过200目筛干燥的MCM-41粉末，室温下搅拌24h，经60℃真空旋蒸，110℃烘干12h，于550℃焙烧5h，得到固体粉末样品。
2)将步骤1)中焙烧后的固体粉末称取1g，在氢气氛围下，流速为60-80min/mL，450℃还原4h，得到NiMoW/MCM-41复合催化剂。
取1g上述方法制备的催化剂放入100mL的高压釜中，加入1g辛酸和26g己烷，混合均匀，封釜，用N2气置换釜内空气3次，再用H2置换釜内N2 3次，之后充入3MPa的H2，开启搅拌600rpm，加热至270℃反应7h。所得料液出去催化剂，用气相色谱分析产物组成，辛酸转化率97.1％，辛烷选择性72％。
实施例3：
1)分别称取0.743g硝酸镍、1.932g钼酸铵和0.408g钨酸配置成100mL的水溶液，向混合溶液中加入3g预先过200目筛干燥的MCM-41粉末，室温下搅拌24h，经60℃真空旋蒸，110℃烘干12h，于550℃焙烧5h，得到固体粉末样品。
2)将步骤1)中焙烧后的固体粉末称取1g，在氢气氛围下，流速为60-80min/mL，450℃还原4h，得到NiMoW/MCM-41复合催化剂。
取1g上述方法制备的催化剂放入100mL的高压釜中，加入1g辛酸和26g己烷，混合均匀，封釜，用N2气置换釜内空气3次，再用H2置换釜内N2 3次，之后充入3MPa的H2，开启搅拌600rpm，加热至270℃反应7h。所得料液出去催化剂，用气相色谱分析产物组成，辛酸转化率91.1％，辛烷选择性66.6％。
实施实例4：
1)分别称取0.743g硝酸镍、1.932g钼酸铵和0.612g钨酸配置成100mL的水溶液，向混合溶液中加入3g预先过200目筛干燥的MCM-41粉末，室温下搅拌24h，经60℃真空旋蒸，110℃烘干12h，于550℃焙烧5h，得到固体粉末样品。
2)将步骤1)中焙烧后的固体粉末称取1g，在氢气氛围下，流速为60-80min/mL，450℃还原4h，得到NiMoW/MCM-41复合催化剂。
取1g上述方法制备的催化剂放入100mL的高压釜中，加入1g辛酸和26g己烷，混合均匀，封釜，用N2气置换釜内空气3次，再用H2置换釜内N2 3次，之后充入3MPa的H2，开启搅拌600rpm，加热至270℃反应7h。所得料液出去催化剂，用气相色谱分析产物组成，辛酸转化率86.2％，辛烷选择性62.8％。
Claims (7)
1.一种用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂，其特征在于，所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中包含作为载体的MCM-41分子筛和镍、钼以及钨活性金属。
2.根据权利要求1所述的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂，其特征在于，所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中MCM-41分子筛的比表面积为700～900m2/g，孔体积为0.4～0.6cm3/g，平均孔径2～6nm。
3.根据权利要求1所述的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂，其特征在于，所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中钨在载体上的负载量以钨的质量为计为载体质量的1wt％～15wt％。
4.根据权利要求1所述的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂，其特征在于，所述NiMoW/MCM-41复合催化剂中其他金属的负载量与钨的质量之比为1:5～1:1。
5.一种如权利要求1所述的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂的制备方法，其特征在于，采用共浸渍法制备，包括以下步骤：
a)按所需的钨负载量以及镍钼金属的添加量，称取钨酸和镍钼金属的可溶性盐配制成混合水溶液；
b)将配制成的混合水溶液加入到过200～270目筛干燥的MCM-41中，室温下搅拌12～24h，得到混合物；
c)将所述的混合物经60～80℃真空旋蒸，100～180℃烘干12～24h，于450～550℃焙烧3～6h；
d)将焙烧后的产物置于管式炉中，用H2进行吹扫还原，H2的流速为60-80ml/min；采用分段式程序升温：首先以5-10℃/min的升温速度从室温升至300℃并保持20min，随后以5-10℃/min的升温速度升至450℃，并在450℃下H2还原4h，最后在H2流中以10℃/min降至室温得到NiMoW/MCM-41复合催化剂。
6.根据权利要求5所述的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a)所述可溶性盐为硝酸镍和钼酸铵。
7.一种如根据权利要求1所述的用于辛酸加氢脱氧的NiMoW/MCM-41复合催化剂在辛酸加氢脱氧中应用，其特征在于，辛酸加氢脱氧方法采用反应釜进行反应，反应条件为：反应温度为240～300℃，氢气的初始压力为1～3MPa，反应时间为4～10h。
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