一种制备催化炭膜的共混热解法

摘要

本发明属于化学工程学科中的反应与分离领域，特别是涉及到一种具有催化作用的炭膜材料的制备方法。其特征在于通过含碳前躯体预处理、催化剂分散嵌入及共混热解三个步骤，将催化剂引入炭膜母体内，制备得到兼具催化与分离双重功能的多孔催化炭膜。当反应物料从催化炭膜一侧流经其多孔通道到达另一侧时，即在催化炭膜内部实现完成化学反应过程的目的。本发明的效果和益处是提供一种实现微观尺度化学反应和物质分离同步进行，并同时提高反应的转化率、收率与选择性的新型膜材料制备方法；缩短了产品生产工艺，降低了设备和产品成本。

主权项

一种制备催化炭膜的共混热解法，其特征在于：将粉末状酚醛树脂以300转/分的机械搅拌5小时，至平均粒径为50微米级的粉末；取酚醛树脂粉末30g与六次甲基四胺3.6g，搅拌混合后150℃恒温1小时，预固化；冷却后搅拌研磨至砖红色粉末状；再加入适量水、Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂及3.6g添加剂纤维素搅匀，成泥膏状，陈化80分钟；再将上述预成型含碳前躯体在成型机上压制成平板状，自然干燥48小时；放入炭化炉，氮气流量为70mL/min，以2℃/min的速度从室温升温到400℃，再以1℃/min升温到600℃，在600℃恒温1小时后，自然降温得到催化炭膜；在反应温度190℃，H₂O/CH₃OH进料摩尔比为1时，使反应物料流经催化炭膜的微孔结构，完成化学反应；此催化炭膜对甲醇水蒸气重整反应中甲醇的转化率为98.5%。2. 一种制备催化炭膜的共混热解法，其特征在于：将块状酚醛树脂通过球磨机粉碎研磨12小时，并以1500转/分的机械搅拌1小时，至平均粒径为32微米级的粉末；取酚醛树脂粉末30g与六次甲基四胺3.6g，搅拌混合后150℃恒温1小时，预固化；冷却后搅拌研磨至砖红色粉末；再加入水、Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂及3.6g添加剂纤维素搅匀，成泥膏状，陈化80分钟；将上述预成型含碳前躯体在成型机上压制成平板状、自然干燥36小时；将其浸渍于7g酚醛树脂、1.2g六次甲基四胺及11.8g乙醇所配成的溶液中，5秒后取出，自然干燥；放入炭化炉，氮气流量200mL/min，以5℃/min的速度从室温升至700℃，并在700℃恒温1小时，自然降温，得到催化炭膜；在反应温度220℃，H₂O/CH₃OH进料摩尔比为1时，使反应物料流经催化炭膜的微孔结构完成化学反应；此催化炭膜对甲醇水蒸气重整反应中甲醇的转化率为99.3%。3. 一种制备催化炭膜的共混热解法，其特征在于：取平均粒径为22微米级的酚醛树脂粉末30g与六次甲基四胺3.6g，搅拌混合后150℃恒温1小时，预固化；冷却后搅拌研磨至砖红色粉末状；再加入适量水及3.6g添加剂纤维素搅匀，成泥膏状，陈化80分钟；将上述预成型含碳前躯体在成型机上压制成管状，自然干燥36小时，得到酚醛树脂支撑体；以7g酚醛树脂、1.2g六次甲基四胺、11.8g乙醇及Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂共同配成制膜溶液；将支撑体浸渍于制膜液中5秒后取出，自然干燥；放入炭化炉，氦气流量为70mL/min，以2℃/min的速度从室温升温到850℃，并恒温2小时，自然降温，得到催化炭膜；在反应温度220℃、H₂O/CH₃OH进料摩尔比为1时，使反应物料流经催化炭膜的微孔结构完成化学反应；此催化炭膜对甲醇水蒸气重整反应中甲醇的转化率为99.5%。4. 一种制备催化炭膜的共混热解法，其特征在于：将块状酚醛树脂通过球磨机粉碎研磨48小时，并以500转/分的机械搅拌10小时，至平均粒径为0.5微米级的粉末；取酚醛树脂粉末30g与六次甲基四胺3.6g，搅拌混合后150℃恒温1小时，预固化；冷却后搅拌研磨至砖红色粉末状；再加入水、0.5％wt的Pt/Al₂O₃粉末状催化剂及3.6g添加剂纤维素搅匀，成泥膏状，陈化；将上述预成型含碳前躯体在成型机上压制成管状，自然干燥24小时；用聚酰亚胺配成氮甲基吡咯烷酮的8%制膜溶液，将支撑体浸渍于制膜液中5秒后取出，阴暗处干燥；放入炭化炉，氮气流量50mL/min，以2℃/min的速度从室温升温到600℃，并恒温1小时，自然降温，得到催化炭膜；在反应温度220℃，进料流速6.5 mg/min^‑1时，使反应物料流经催化炭膜的微孔结构完成化学反应；此催化炭膜对环己烷脱氢制苯反应中环己烷转化率达78%。5. 一种制备催化炭膜的共混热解法，其特征在于：将块状酚醛树脂通过球磨机粉碎研磨40小时，并以800转/分的机械搅拌6小时，至平均粒径为15微米级的粉末；取酚醛树脂粉末30g与六次甲基四胺3.6g，搅拌混合后150℃恒温1小时，预固化；冷却后搅拌研磨至砖红色粉末状；再加入水、Cr₂O₃/Al₂O₃粉末状催化剂及3.6g添加剂纤维素搅匀，成泥膏状，陈化80分钟；将上述预成型含碳前躯体在成型机上压制成平板状，自然干燥48小时；以聚醚砜的氮氮二甲基乙酰胺10%为制膜溶液，将支撑体浸渍于制膜液中15秒后取出，自然干燥；放入炭化炉，氩气流量70mL/min，以2℃/min的速度从室温升到600℃，在600℃恒温5小时，自然降温，得到催化炭膜；在反应温度550℃，进料流速0.03 mg/min^‑1时，使反应物料流经催化炭膜的微孔结构完成化学反应；此催化炭膜对中异丁烷脱氢制异丁烯反应中异丁烷转化率达53.2%。6. 一种制备催化炭膜的共混热解法，其特征在于：将块状煤通过球磨机粉碎研磨40小时，并以1200转/分的机械搅拌12小时，至平均粒径为35微米级的粉末；取煤粉末30g，加入水、Cr₂O₃/Al₂O₃粉末状催化剂及5g含15%的聚酰亚胺溶液，搅匀成泥膏状，陈化120分钟；将上述预成型含碳前躯体在成型机上压制成平板状，自然干燥48小时；以聚醚砜的氮氮二甲基乙酰胺10%为制膜溶液，将支撑体浸渍于制膜液中10秒后取出，自然干燥24小时；放入炭化炉，氩气流量100mL/min，以2℃/min的速度从室温升到600℃，在600℃恒温5小时，自然降温，得到催化炭膜；在反应温度550℃，进料流速0.03 mg/min^‑1时，使反应物料流经催化炭膜的微孔结构完成化学反应；此催化炭膜对中异丁烷脱氢制异丁烯反应中异丁烷转化率达55.2%。