專利名稱：離子液體負載鈀催化劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子液體負載鈀催化甲烷等離子體制乙烯的方法，屬于甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油資源的長期大量開采，其儲量日趨匱乏。人們對相對儲量大、價格低廉的天然氣的開發(fā)利用越來越重視。天然氣它作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、清潔的能源和化工原料，將逐步取代石油而占主導(dǎo)地位成為二十一世紀的主要能源。因而研究和開發(fā)天然氣利用新技術(shù)、 新工藝也就成為人們關(guān)注的焦點。CH4是天然氣的主要成份，在熱力學上極為穩(wěn)定，它幾乎不能提供活性基團，如何使穩(wěn)定的甲烷分子得到有效活化進而實現(xiàn)合理轉(zhuǎn)化一直被人們所關(guān)注。乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的70%以上，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，世界上已將乙烯產(chǎn)品作為衡量一個國家石油化工生產(chǎn)水平的重要標志之一。因此甲烷偶聯(lián)制備乙烯的研究工作，對由目前基于石油生產(chǎn)化工基本原料轉(zhuǎn)向以天然氣為主生產(chǎn)化工基本原料的石油化工戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移具有非常重要的學術(shù)和經(jīng)濟意義。實現(xiàn)甲烷轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是甲烷中C-H鍵的活化，現(xiàn)有的方法較多，如催化活化法、電化學活化法、光催化活化法和等離子體活化法等。其中，等離子體具有足夠高的能量能使甲烷分子激發(fā)、離解和電離，形成高活性的反應(yīng)物種，是一種有效的甲烷活化手段。而低溫等離子體技術(shù)以其相對溫和的反應(yīng)條件為甲烷轉(zhuǎn)化提供了新的工藝方法。國內(nèi)外研究表明，純甲烷在等離子體條件下能有效的活化和轉(zhuǎn)化，但存在積碳問題并且目標產(chǎn)物的選擇性不高。近幾年來，等離子體技術(shù)與固體催化劑協(xié)同作用促進甲烷轉(zhuǎn)化的研究取得了較大進展，但仍存在催化劑失活，對環(huán)境造成污染，回收難等問題。離子液體也稱為室溫離子液體或低溫熔融鹽，通常是指熔點低于100°c的有機鹽。作為一種新型綠色環(huán)保溶劑和催化劑介質(zhì)，離子液體具有一系列突出的優(yōu)點，如熔點低、不揮發(fā)、液程范圍寬、熱穩(wěn)定性好、溶解能力強、性質(zhì)可調(diào)、不宜燃燒、電化學窗口寬等。可以通過設(shè)計和改變陰陽離子的結(jié)構(gòu)和組成來調(diào)節(jié)離子液體的性質(zhì)，以達到特定的應(yīng)用目的，目前已廣泛應(yīng)用于化學反應(yīng)，萃取分離過程，電化學反應(yīng)中。以離子液體作為催化劑，在等離子體條件下實現(xiàn)甲烷轉(zhuǎn)化對克服積碳問題、目標產(chǎn)物選擇性不高和催化劑易失活等問題帶來了新的機遇。專利《離子液體催化等離子體甲烷轉(zhuǎn)化制C2烴的方法》(ZL2006101558097)雖然實現(xiàn)了離子液體與等離子體共同催化甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)，但是乙烯的選擇性并不高。鑒于此，發(fā)明人將離子液體負載鈀催化劑引入到等離子體甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，以克服上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服甲烷轉(zhuǎn)化制乙烯反應(yīng)中選擇性低的不足，提供一種離子液體負載鈀催化劑，以及使用其催化甲烷等離子體制乙烯的方法。本發(fā)明所述的離子液體負載鈀催化劑中，鈀的質(zhì)量百分含量為0. 02% 0. 5%0該催化劑通過將鈀鹽粉末加入離子液體中，30 50°C攪拌制得。上述本發(fā)明的技術(shù)方案中，優(yōu)選使用氯化鈀或硝酸鈀的粉末來制備催化劑。所述及的離子液體為咪唑類離子液體，其結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.離子液體負載鈀催化劑，其特征在于離子液體溶液中鈀的質(zhì)量百分含量為 0. 02% 0. 5%。
2.權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于通過將鈀鹽粉末加入離子液體中，30 50°C 攪拌制得。
3.權(quán)利要求2所述的催化劑，其特征在于所述的鈀鹽是氯化鈀或硝酸鈀。
4.權(quán)利要求2或3所述的催化劑，其特征在于所述的離子液體為咪唑類離子液體，其結(jié)構(gòu)式如下
5.催化甲烷等離子體制備乙烯的方法，其特征在于使用如權(quán)利要求1所述的離子液體負載鈀催化劑。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于包括如下步驟①將鈀鹽粉末加入離子液體中，30 50°C攪拌，使離子液體溶液中鈀的質(zhì)量百分含量為0. 02% 0. 5 %，得離子液體負載鈀催化劑；②向反應(yīng)裝置中加入離子液體負載鈀催化劑；③調(diào)整電極上下極間距至6 12mm；④通入氫氣體積百分含量為20% 80%的甲烷臨氫原料氣；⑤接通直流高壓等離子體電源，調(diào)節(jié)放電電壓至反應(yīng)裝置中產(chǎn)生等離子體。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的離子液體負載鈀催化劑中鈀的質(zhì)量百分含量為0. 2%。
8.權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述的甲烷臨氫原料氣中氫氣的體積百分含量為60%。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的直流高壓等離子體電源放電峰值電壓為 12kV,電流為75mA，放電功率3. 2W。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述的方法包括如下步驟①將氯化鈀或硝酸鈀粉末加入離子液體中，30 50°C攪拌，使離子液體溶液中鈀的質(zhì)量百分含量為0. 2%，得離子液體負載鈀催化劑；②向反應(yīng)裝置中加入離子液體負載鈀催化劑，所述反應(yīng)裝置是分別以不銹鋼和銅為上下電極的針板式石英反應(yīng)器；③調(diào)整電極間距至6mm；④以45ml/min的流量將氫氣體積百分含量為60%的甲烷臨氫原料氣通入反應(yīng)器；⑤接通直流高壓等離子體電源，放電峰值電壓為12kV，電流為75mA，放電功率3.2全文摘要
一種離子液體負載鈀催化劑及其應(yīng)用，所述催化劑中鈀的質(zhì)量百分含量為0.02％～0.5％。所述的催化劑是通過將鈀鹽粉末加入離子液體中，30～50℃攪拌制得。本發(fā)明還提供一種催化甲烷等離子體制備乙烯的方法，即使用上述本發(fā)明的離子液體負載鈀催化劑。本發(fā)明的離子液體負載鈀催化劑及其用于催化甲烷等離子體制備乙烯的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，以離子液體負載鈀為催化劑，等離子體催化甲烷臨氫轉(zhuǎn)化高選擇性制取乙烯，該方法具有工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間短等優(yōu)點；同時該方法具有催化劑用量少，催化效率高，可多次回收利用，環(huán)境友好等優(yōu)點，是一種綠色、高效、環(huán)保的甲烷轉(zhuǎn)化制乙烯的方法。
文檔編號C07C2/80GK102389835SQ201110257110
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者于淼, 周倩, 孫東峰, 張秀玲 申請人:大連大學