CN114669324A - 一种辉光放电等离子体原位还原制备sapo-41负载超细钯纳米催化剂的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO‑41负载超细钯纳米催化剂的方法及其应用，它属于负载型纳米钯催化剂制备技术领域。本发明要解决的技术问题为改善催化剂的分散性。本发明按照SAPO‑41负载钯的量，称取一定量的SAPO‑41加入钯前驱体水溶液中，超声辅助浸渍后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO‑41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在一定气压的惰性气体中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率和放电时间，处理后即得到原位制备的SAPO‑41负载超细钯纳米催化剂。本发明制得的负载型纳米钯催化剂的钯纳米颗粒具有更小的尺寸、更高的金属分散性，催化正十六烷加氢异构化反应的性能明显提高。
Description
技术领域
本发明属于负载型纳米钯催化剂制备技术领域；具体涉及一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法及其应用。
背景技术
随着我国经济快速发展，石油资源消费量日益增加，已成为世界第二大能源和石油消费国、第三大能源生产国，寻求可替代石油的能源资源已成国家发展趋势。生物柴油是一种可再生、高效、安全的清洁能源，在全生命周期内可减少碳排放50～90％，且基本不含硫和芳烃，因而近年来在世界各国均已得到大力发展。
传统意义上的生物柴油是指由动植物油脂(脂肪酸甘油三酯)与醇(甲醇或乙醇)经酯交换反应得到的脂肪酸单烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯(FAME)，也称为第一代生物柴油。与传统的化石能源相比，生物柴油中硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的润滑性，可部分添加到化石柴油中。但第一代生物柴油也具有工艺复杂、色泽深、生产过程有废碱液排放等缺点，特别是由于含氧量高、不饱和程度高，从而导致热值低、安定性差、密度和黏度高等，使其生产和使用过程受到了较大的限制。
第二代生物柴油是指利用催化加氢技术对动植物油脂进行加氢处理，从而得到的类似石油基柴油组分，以烷烃为主，又称为绿色柴油。与第一代生物柴油相比，第二代生物柴油具有与石油基柴油相近的黏度、发热值和氧化安定性等，并具有较低的密度、较高的十六烷值、硫氮含量更低、倾点低的优势，理论上可以与化石柴油无限混溶。正是基于上述优点，尽管设备投资和生产成本相对较高，第二代生物柴油是未来生物燃料生产技术的主要发展方向之一，在近年来仍得到了飞跃式的发展。具有适宜金属位和酸性位的双功能催化剂是长碳直链烷烃加氢异构化反应实现高选择性的关键。然而，负载型金属催化剂的制备通常是先湿法浸渍，再加入反应器中高温还原，会使钯纳米粒子团聚，出现颗粒变大，在载体上分散度降低等问题。而催化剂的催化活性与金属纳米颗粒尺寸大小，纳米粒子在载体上的分散度大小密切相关。
发明内容
本发明目的是提供了一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法及其应用。
本发明通过以下技术方案实现：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，包括如下步骤：
步骤一：按照SAPO-41负载钯的量，称取一定量的SAPO-41加入钯前驱体水溶液中，超声辅助浸渍后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；
步骤二：将步骤一制备的浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在一定气压的惰性气体中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率和放电时间，处理后即得到原位制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
进一步的，步骤一中所述钯盐前驱体溶液为Na2PdCl4溶液、K2PdCl4溶液、H2PdCl4溶液或Pd(NO3)2溶液中的一种。
进一步的，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为0.1～2wt％。
进一步的，步骤一中超声辅助钯前驱体水溶液浸渍SAPO-41时间为10～60min。
进一步的，步骤二中所述惰性气体为氮气或氩气。
进一步的，步骤二中所述惰性气体压力为40～120Pa。
进一步的，所述等离子体辉光放电处理的放电功率为300～600W。
进一步的，所述等离子体辉光放电处理的时间为20～80min。
进一步的，一种所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的应用，用于催化正十六烷加氢异构化反应。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
本发明所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，方法操作简单，采用低温辉光放电等离子进行原位还原，制得的负载型纳米钯催化剂的钯纳米颗粒具有更小的尺寸、更高的金属分散性，催化正十六烷加氢异构化反应的性能明显提高。
附图说明
图1为具体实施方式一方法制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的TEM照片；
图2为具体实施方式一方法制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的粒径分布图；
图3为具体实施方式一方法制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的N2物理吸附-脱附曲线；
图4为具体实施方式一方法制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的XRD曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入5mL 0.01mol/L的Na2PdC14水溶液中，超声辅助浸渍30min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在60Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率500W和放电时间60min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为1.45wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的TEM图像如图所示，粒径分布图如图2所示，从图1和图2能够看出，Pd颗粒粒径分布在1～4nm之间，平均粒径为1.8nm，证明了本实施方式制备的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的颗粒粒径为超细纳米钯颗粒。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂催化剂的N2物理吸附-脱附曲线如图3所示，从图3能够看出负载纳米钯后，SAPO-41仍保持介孔特征。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂催化剂的XRD曲线如图4所示，从图4能够看出，没有发现钯的衍射峰，这是由于钯纳米颗粒太小和负载量低的缘故。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂在固定床反应器中进行正十六烷加氢异构化反应，反应温度为350℃、反应压力为2MPa，正十六烷的空速(WHSV)为3.0h-1，正十六烷的转化率可达到91.2％，异十六烷的选择性可达到95.5％，具有优异的催化正十六烷加氢异构化性能。
具体实施方式二：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入5mL 0.01mol/L的K2PdC14水溶液中，超声辅助浸渍40min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在80Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率400W和放电时间80min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为1.61wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式三：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入3mL 0.01mol/L的Pd(NO3)2水溶液中，超声辅助浸渍40min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在80Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率600W和放电时间40min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为0.69wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式四：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入1mL 0.01mol/L的Pd(NO)3水溶液中，超声辅助浸渍30min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在80Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率350W和放电时间40min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为0.23wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式五：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入3mL 0.01mol/L的K2PdC14水溶液中，超声辅助浸渍50min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在100Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率500W和放电时间40min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为0.97wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式六：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入5mL 0.01mol/L的Pd(NO3)2水溶液中，超声辅助浸渍30min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在90Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率550W和放电时间40min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为1.14wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式七：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，称取1克SAPO-41加入4mL 0.01mol/L的Na2PdC14水溶液中，超声辅助浸渍45min后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；将浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在85Pa氮气中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率450W和放电时间50min，处理后即得到SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为1.12wt％。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式八：
一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，包括如下步骤：
步骤一：按照SAPO-41负载钯的量，称取一定量的SAPO-41加入钯前驱体水溶液中，超声辅助浸渍后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；
步骤二：将步骤一制备的浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在一定气压的惰性气体中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率和放电时间，处理后即得到原位制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
本实施方式所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，制备的SAPO-41分子筛负载钯纳米催化剂是一种具有中强酸性位点的载体和适宜金属位点的贵金属的双功能催化剂，解决SAPO-41负载型纳米钯催化剂制备过程中高温还原致使钯纳米粒子团聚、颗粒变大、分散度低等问题，不使用任何化学还原剂和稳定剂，利用辉光放电等离子原位还原方法将浸渍的钯前驱体还原，得到颗粒小且分散均匀的SAPO-41负载型纳米钯催化剂，应用于正十六烷加氢异构化反应，表现出良好催化性能。
具体实施方式九：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述钯盐前驱体溶液为Na2PdCl4溶液、K2PdCl4溶液、H2PdCl4溶液或Pd(NO3)2溶液中的一种。
具体实施方式十：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为0.1～2wt％。
具体实施方式十一：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤一中超声辅助钯前驱体水溶液浸渍SAPO-41时间为10～60min。
具体实施方式十二：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤二中所述惰性气体为氮气或氩气。
具体实施方式十三：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，步骤二中所述惰性气体压力为40～120Pa。
具体实施方式十四：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，所述等离子体辉光放电处理的放电功率为300～600W。
具体实施方式十五：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，所述等离子体辉光放电处理的时间为20～80min。
具体实施方式十六：
根据具体实施方式八所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂，用于催化正十六烷加氢异构化反应。
Claims (9)
1.一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：按照SAPO-41负载钯的量，称取一定量的SAPO-41加入钯前驱体水溶液中，超声辅助浸渍后，干燥得到浸渍钯盐的SAPO-41样品；
步骤二：将步骤一制备的浸渍钯盐的SAPO-41样品放置于辉光放电等离子体反应器中，在一定气压的惰性气体中进行辉光放电等离子体还原处理，控制放电功率和放电时间，处理后即得到原位制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：步骤一中所述钯盐前驱体溶液为Na2PdCl4溶液、K2PdCl4溶液、H2PdCl4溶液或Pd(NO3)2溶液中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：步骤一中所述SAPO-41负载钯含量为0.1～2wt％。
4.根据根据权利要求3所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：步骤一中超声辅助钯前驱体水溶液浸渍SAPO-41时间为10～60min。
5.根据根据权利要求4所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：步骤二中所述惰性气体为氮气或氩气。
6.根据权利要求5所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：步骤二中所述惰性气体压力为40～120Pa。
7.根据权利要求6所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：所述等离子体辉光放电处理的放电功率为300～600W。
8.根据权利要求7所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法，其特征在于：所述等离子体辉光放电处理的时间为20～80min。
9.一种权利要求1-8之一所述的一种辉光放电等离子体原位还原制备SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的方法制备的SAPO-41负载超细钯纳米催化剂的应用，其特征在于：用于催化正十六烷加氢异构化反应。
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| CN117339636A (zh) * | 2023-09-27 | 2024-01-05 | 黑龙江大学 | 采用室温电子还原法制备多级孔沸石负载双金属合金双功能催化剂的方法及其应用 |
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