CN112624893B - 一种轻质烷烃的催化偶联方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及烷烃的催化偶联技术领域，具体涉及一种轻质烷烃的催化偶联方法。本发明提供的轻质烷烃的催化偶联方法，包括如下步骤：将轻质烷烃和惰性气体的混合原料气通入装有催化剂的低温等离子体反应器中，在催化剂存在的条件下进行催化偶联反应，制备得到轻质烷烃偶联产物；所述催化剂为单原子铂催化剂。本发明提供的轻质烷烃的催化偶联方法，其首次将单原子铂催化剂应用于等离子体催化甲烷无氧偶联反应中，实现了低温无氧条件下甲烷的高效定向C2碳氢化合物的转化，能够有效提高C2化合物的选择性和烷烃转化率。

Description

一种轻质烷烃的催化偶联方法
技术领域
本发明涉及烷烃的催化偶联技术领域，具体涉及一种轻质烷烃的催化偶联方法。
背景技术
甲烷作为轻质烷烃，在未来极具潜力成为合成石油化学类产品派生物的烃类原料，因此，将甲烷化学转化为有价值的化学品具有广阔的前景。现有甲烷转化有很多方法，包括甲烷的非直接转化和直接转化，甲烷的非直接转化主要是通过水蒸气重整，CO2重整或部分氧化方法将甲烷转化为合成气(H2+CO)，再通过费托合成将其转化为化学品；甲烷的直接转化分为甲烷的氧化偶联和非氧化偶联，其中，甲烷的无氧偶联(NCM)因为避开了能量集中的合成气步骤，具有良好的经济性，并且甲烷的无氧偶联因在产生C2碳氢化合物和H2时不产生COx，具有独特的优势。但是，由于甲烷的C-H键能很强，以及非极性的结构和较高的电离能，因此传统的甲烷热活化过程通常需要极高的温度(＞1000℃)才能进行，即使存在催化剂，也至少需要800℃才能促进甲烷无氧偶联反应的进行，这不仅会使生产成本增加，还会因为积碳和高温烧结造成催化剂的失活，降低C2碳氢化合物的选择率。
低温(非平衡)等离子体技术(NTP)能够在低温下促进热动力学不利反应的发生和进行，减少能量的输入，因此成为一项具有前景的替代技术。NTP的总体温度较低，可达室温，但其电子温度可高达20000K，加速的电子、离子和自由基能够直接活化C-H键，而无需将反应器加热到较高的温度。但NTP技术的弊端在于其存在较多的副反应，会产生大量的副产物，从而导致甲烷的转化率和产品的选择率较低。将NTP技术和常规负载型金属催化剂结合使用可以在一定程度上提高甲烷的转化率和产物的选择性，然而提升幅度有限，无法有效满足工业化生产要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有低温等离子体技术实现轻质烷烃偶联易产生各种副反应，即使与常规负载型金属催化剂结合使用对烷烃的转化率和产物选择性也提升有限的问题，进而提供一种轻质烷烃的催化偶联方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轻质烷烃的催化偶联方法，包括如下步骤：
将轻质烷烃和惰性气体的混合原料气通入装有催化剂的低温等离子体反应器中，在催化剂存在的条件下进行催化偶联反应，制备得到轻质烷烃偶联产物；
所述催化剂为单原子铂催化剂。
优选的，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈。
优选的，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为0.1％-2％。
优选的，所述催化偶联反应温度为25-200℃，反应压力为0.1-0.3MPa，所述混合原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4-50s。
优选的，所述低温等离子体反应器的功率为6-75w，放电频率为8-10kHz。
优选的，所述混合原料气中轻质烷烃和惰性气体的体积比为1:(0.8-2)；
所述混合原料气的体积空速为1400-14000h-1。
优选的，所述单原子铂催化剂的制备方法包括如下步骤：
1)对金属铈盐进行煅烧，得到二氧化铈载体；
2)将氯铂酸水溶液和二氧化铈载体混合，然后对其进行干燥，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在空气中进行煅烧，得到所述单原子铂催化剂。
优选的，
步骤1)中，所述煅烧温度为330-370℃，煅烧时间为3-5小时；
步骤2)中，所述混合方式为将氯铂酸水溶液滴加到二氧化铈载体上；所述氯铂酸水溶液中的氯铂酸和二氧化铈载体的质量比为(0.002-0.053):1，所述干燥温度为95-110℃，所述干燥时间为10-14小时；所述氯铂酸水溶液的浓度为50-55g/L。
步骤3)中，所述空气为流动空气，所述煅烧温度为750-850℃，煅烧时间为8-12小时。可选的，所述流动空气的流速为80-120ml/min。
优选的，所述低温等离子体反应器为介质阻挡放电(DBD)等离子体反应器。
可选的，所述低温等离子体反应器为等离子体-催化混合固定床反应器。
优选的，所述轻质烷烃为甲烷，所述轻质烷烃偶联产物包括氢气、乙炔、乙烯和乙烷；
所述惰性气体选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种；
所述金属铈盐为Ce(NO3)3·6H2O。所述氯铂酸分子式为H2PtCl6·6H2O。
本发明的有益效果：
1)本发明提供的轻质烷烃的催化偶联方法，其首次将单原子铂催化剂应用于等离子体催化的甲烷无氧偶联反应中，其通过将轻质烷烃和惰性气体的混合原料气通入装有催化剂的低温等离子体反应器中进行催化偶联反应，所述反应是在低温无氧条件下进行，反应过程中不包含能量集中的合成气过程，不产生COx，经济有效，利用单原子铂催化剂在不饱和配位环境中原子分布的金属活性中心、量子约束和较强的金属-载体相互作用，使其在低温等离子体系统中具有较好的催化性能，能够有效提高C2化合物的选择性和收率以及烷烃转化率。
本发明的方法实现了轻质烷烃的催化偶联，主要产物为气态产物C2化合物和氢气，且C2化合物的选择性高达60％，无须复杂的分离提纯过程，同时本发明还可实现低温无氧条件下甲烷的高效定向C2碳氢化合物的转化。
2)本发明提供的轻质烷烃的催化偶联方法，进一步的，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈。本发明通过金属铂和二氧化铈的协同作用，可有效提高C2化合物的选择性和烷烃转化率，同时，该催化剂由于金属铂在二氧化铈载体上的原子分散，使其具有更强的Pt-O-Ce键，具有优异的热稳定性，克服了单原子催化剂在高温下易发生团聚和聚集烧结而失活的问题，经研究本申请特定的铂催化剂可稳定运行40小时以上。
3)本发明提供的轻质烷烃的催化偶联方法，进一步的，所述低温等离子体反应器为介质阻挡放电等离子体反应器。本发明通过将活性组分为金属铂，载体为二氧化铈的单原子铂催化剂同介质阻挡放电等离子体反应器进行适配，有利于提高C2化合物的选择性和烷烃转化率。
4)本发明提供的轻质烷烃的催化偶联方法，进一步的，本发明通过特定的单原子铂催化剂的制备方法制备得到的催化剂，金属铂更利于在二氧化铈载体上进行原子分散，进而提高催化剂的催化活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1制备的单原子铂催化剂的SEM图片。
图2是本发明实施例5的单原子铂催化剂的稳定性测试结果图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:1)，将混合原料气以1400h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为1％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为常压，所述混合原料气以20ml/min的流速通过介质阻挡放电区域，所述DBD低温等离子体反应器的功率为6.75w，放电频率为9kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述DBD低温等离子体反应器包括外径为25mm，内径为20mm,长度为360mm的圆柱形石英管，在圆柱形石英管的长轴上设有外径为16mm的螺纹不锈钢棒作为高压电极，所述不锈钢棒和圆柱形石英管侧面的内壁之间为放电区域，所述放电区域内放置有由石棉网支撑的催化剂，所述放电区域的放电长度为40mm，放电间隙为2mm，放电体积为4.52ml；所述圆柱形石英管侧面的外壁上设有长度为40mm的铝箔作为接地电极；所述DBD低温等离子体反应器还包括最大峰值电压为30KV，频率为10kHz的CTP-2000K交流高压电源((Coronalab,Nanjing,China)，所述电源一端与高压电极连接，另一端与接地电极连接；放电参数由与DBD低温等离子体反应器连接的的示波器(DS2102A,Rigol Technologies,Beijing,China)检测；所述接地电极还连接有热电偶以用来检测DBD低温等离子体反应器内温度。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在350℃下煅烧4小时，制备得到CeO2载体；
2)将2ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在100℃下进行干燥12h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时，得到所述单原子铂催化剂。
如图1所示，本实施例制备的铂催化剂为单原子催化剂，其中圆圈内所示即为单原子铂。
实施例2
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:1)，将混合原料气以1400h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为1％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为0.1MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4.42s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为9.56w，放电频率为9kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在350℃下煅烧4小时，制备得到CeO2载体；
2)将2ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在100℃下进行干燥12h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时，得到所述单原子铂催化剂。
实施例3
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:1)，将混合原料气以1400h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为1％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为0.1MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4.42s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为22.6w，放电频率为9kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在350℃下煅烧4小时，制备得到CeO2载体；
2)将2ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在100℃下进行干燥12h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时，得到所述单原子铂催化剂。
实施例4
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:1)，将混合原料气以1400h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为1％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为0.1MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4.42s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为36w，放电频率为9kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在350℃下煅烧4小时，制备得到CeO2载体；
2)将2ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在100℃下进行干燥12h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时，得到所述单原子铂催化剂。
实施例5
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:1)，将混合原料气以1400h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为1％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为0.1MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4.42s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为54w，放电频率为9kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在350℃下煅烧4小时，制备得到CeO2载体；
2)将2ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在100℃下进行干燥12h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时，得到所述单原子铂催化剂。
实施例6
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:1)，将混合原料气以1400h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为1％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为0.1MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4.42s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为72.45w，放电频率为9kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在350℃下煅烧4小时，制备得到CeO2载体；
2)将2ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在100℃下进行干燥12h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为800℃，煅烧时间为10小时，得到所述单原子铂催化剂。
实施例7
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:0.8)，将混合原料气以1500h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为0.8％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为25℃，反应压力为0.3MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为5s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为60w，放电频率为8kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在330℃下煅烧5小时，制备得到CeO2载体；
2)将1.6ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在95℃下进行干燥14h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为750℃，煅烧时间为12小时，得到所述单原子铂催化剂。
实施例8
本实施例提供一种甲烷的催化偶联方法，包括如下步骤：
将甲烷和氦气进行混合，得到混合原料气(混合原料气中甲烷和氦气的体积比为1:2)，将混合原料气以14000h-1的体积空速通入DBD低温等离子体反应器(所述DBD低温等离子体反应器的放电区域装有100mg单原子铂催化剂，所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为2％)中进行催化偶联反应，所述反应温度为200℃，反应压力为0.1MPa，所述反应原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4s，所述DBD低温等离子体反应器的功率为63w，放电频率为10kHz，制备得到偶联产物氢气、乙炔、乙烯和乙烷。
所述单原子铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将Ce(NO3)3·6H2O在370℃下煅烧3小时，制备得到CeO2载体；
2)将4ml的浓度为53g/L的氯铂酸水溶液滴加到4g二氧化铈载体上，然后对其在110℃下进行干燥10h，得到干燥后混合料；
3)将干燥后混合料在流动空气(流动空气的流速为100mL/min)中进行煅烧，所述煅烧温度为850℃，煅烧时间为8小时，得到所述单原子铂催化剂。
对比例1
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例1相比区别在于所述DBD低温等离子体反应器的放电区域内不装催化剂。
对比例2
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例2相比区别在于所述DBD低温等离子体反应器的放电区域内不装催化剂。
对比例3
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例3相比区别在于所述DBD低温等离子体反应器的放电区域内不装催化剂。
对比例4
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例4相比区别在于所述DBD低温等离子体反应器的放电区域内不装催化剂。
对比例5
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例5相比区别在于所述DBD低温等离子体反应器的放电区域内不装催化剂。
对比例6
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例6相比区别在于所述DBD低温等离子体反应器的放电区域内不装催化剂。
对比例7
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例1相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为二氧化铈。
对比例8
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例2相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为二氧化铈。
对比例9
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例3相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为二氧化铈。
对比例10
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例4相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为二氧化铈。
对比例11
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例5相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为二氧化铈。
对比例12
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例6相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为二氧化铈。
对比例13
本对比例提供一种甲烷的催化偶联方法，其与本申请实施例5相比区别在于将DBD低温等离子体反应器的放电区域内装有的单原子铂催化剂替换为非单原子型二氧化铈负载金属铂催化剂。
测试例1：采用配备Carboxen 1000填充柱的在线气相色谱仪(GC,6890A,AgilentTechnologies,USA.)对实施例1-8和对比例1-13中获得的偶联产物进行分析，并按如下公式计算甲烷的转化率，C2化合物的选择性，氢气的选择性，C2化合物的收率，其中C2化合物指的是乙炔、乙烯、乙烷，C2化合物总选择性指的是乙炔、乙烯和乙烷总的选择性，C2化合物总产率指的是乙炔、乙烯和乙烷总产率。结果见表1。
甲烷的转化率(％)＝已转化的甲烷的物质的量/甲烷进气总量×100％
C2化合物的选择性(％)＝2×C2化合物的物质的量/已转化的甲烷的物质的量×100％氢气的选择性(％)＝氢气的物质的量/(已转化的甲烷的物质的量×2)×100％。
表1
Figure BDA0002860927360000101
Figure BDA0002860927360000111
测试例2：按照实施例5提供的甲烷的催化偶联方法，将混合原料气1400h-1的体积空速持续通入DBD低温等离子体反应器中进行催化偶联反应，持续时间为40h,然后检测甲烷的转化率，C2化合物的选择性和氢气的选择性，以验证单原子铂催化剂的热稳定性。测试结果如图2所示，图2显示本发明提供的单原子铂催化剂在持续运行40h后，甲烷的转化率仍然可以稳定在38-39％之间，乙烷的选择性稳定在40％左右，氢气的选择性稳定在30％左右，乙烯和乙炔的选择性稳定在5％左右，具有优异的热稳定性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种轻质烷烃的催化偶联方法，其特征在于，包括如下步骤：
将轻质烷烃和惰性气体的混合原料气通入装有催化剂的低温等离子体反应器中，在催化剂存在的条件下进行催化偶联反应，制备得到轻质烷烃偶联产物；
所述催化剂为单原子铂催化剂；
所述单原子铂催化剂的活性组分为金属铂，载体为二氧化铈；
所述低温等离子体反应器为介质阻挡放电等离子体反应器；
所述催化偶联反应温度为25℃-200℃，反应压力为0.1 MPa -0.3MPa，所述混合原料气在介质阻挡放电区域的停留时间为4-50s；
所述低温等离子体反应器的功率为22.6-75w，放电频率为8-10kHz。
2.根据权利要求1所述的轻质烷烃的催化偶联方法，其特征在于，所述单原子铂催化剂中金属铂在催化剂中所占质量百分比为0.1%-2%。
3.根据权利要求1所述的轻质烷烃的催化偶联方法，其特征在于，所述混合原料气中轻质烷烃和惰性气体的体积比为1:（0.8-2）；
所述混合原料气的体积空速为1400-14000 h-1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的轻质烷烃的催化偶联方法，其特征在于，所述单原子铂催化剂的制备方法包括如下步骤：
1）对金属铈盐进行煅烧，得到二氧化铈载体；
2）将氯铂酸水溶液和二氧化铈载体混合，然后对其进行干燥，得到干燥后混合料；
3）将干燥后混合料在空气中进行煅烧，得到所述单原子铂催化剂。
5.根据权利要求4所述的轻质烷烃的催化偶联方法，其特征在于，
步骤1）中，所述煅烧温度为330℃-370℃，煅烧时间为3h-5 h；
步骤2）中，所述混合方式为将氯铂酸水溶液滴加到二氧化铈载体上；所述氯铂酸水溶液中的氯铂酸和二氧化铈载体的质量比为（0.002-0.053）:1，所述干燥温度为95℃-110℃，所述干燥时间为10 h -14 h；
步骤3）中，所述空气为流动空气，所述煅烧温度为750℃-850℃，煅烧时间为8 h -12h。
6.根据权利要求4所述的轻质烷烃的催化偶联方法，其特征在于，所述轻质烷烃为甲烷，所述轻质烷烃偶联产物包括氢气、乙炔、乙烯和乙烷；
所述惰性气体选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种；
所述金属铈盐为Ce(NO3)3·6H2O。
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