放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素鎢(W)計的活性成分負載量為10% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率30W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在300°C。此時，CH4轉化率8 %，HCN選擇性80 %。
[0042]實施例6:
[0043]重復實施例1，將6g 二氧化硅負載的鈰催化劑(表示為Ce/Si02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素鈰(Ce)計的活性成分負載量為10% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率37W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在300°C。此時，CH4轉化率7 %，HCN選擇性40 %。
[0044]實施例7:
[0045]重復實施例1，將6g 二氧化硅負載的銅鑭催化劑(表示為Cu/La/Si02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素計的活性成分負載量為銅(Cu)6% (重量)，鑭(La)4% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV (峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率36W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在300 °C。此時，CH4轉化率7 %，HCN選擇性80 %。
[0046]優(yōu)選活性組分為Cu和W，以Cu為例列舉不同反應溫度，負載量和載體的實施例。
[0047]實施例8:
[0048]重復實施例4，放電參數設定為:放電電壓13kV (峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率38W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率8%，HCN選擇性92%。
[0049]實施例9:
[0050]重復實施例4，放電參數設定為:放電電壓13kV (峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率42W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在400°C。此時，CH4轉化率8%，HCN選擇性90%。
[0051]實施例10:
[0052]重復實施例4，放電參數設定為:放電電壓13kV (峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率45W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在450°C。此時，CH4轉化率9%，HCN選擇性88%。
[0053]優(yōu)選的反應溫度為350°C。
[0054]實施例11:
[0055]重復實施例8，將6g 二氧化硅負載的銅催化劑(表示為Cu/Si02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為15% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率38W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率8 %，HCN選擇性93 %。
[0056]實施例12:
[0057]重復實施例8，將6g 二氧化硅負載的銅催化劑(表示為Cu/Si02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為20% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率38W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率8 %，HCN選擇性98 %。
[0058]實施例13:
[0059]重復實施例8，將6g 二氧化硅負載的銅催化劑(表示為Cu/Si02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為25% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率38W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率8 %，HCN選擇性96 %。
[0060]實施例14:
[0061]重復實施例8，將6g 二氧化硅負載的銅催化劑(表示為Cu/Si02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為30% (重量)。放電參數設定為??放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率38W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率8 %，HCN選擇性94 %。
[0062]優(yōu)選的Cu負載量為20% (重量)。
[0063]實施例15:
[0064]重復實施例12，將6g氧化鋁負載的銅催化劑(表示為Cu/A1203)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為20% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率36W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率9 %，HCN選擇性93 %。
[0065]實施例16:
[0066]重復實施例12，將6g氧化鈦負載的銅催化劑(表示為Cu/Ti02)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為20% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率35W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率10 %，HCN選擇性60 %。
[0067]實施例17:
[0068]重復實施例12，將6g TS-1負載的銅催化劑(表示為Cu/TS_l)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為20% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率36W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率7 %，HCN選擇性75 %。
[0069]實施例18:
[0070]重復實施例12，將6g氧化鈰負載的銅催化劑(表示為Cu/CeO)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為20% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV(峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率37W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350°C。此時，CH4轉化率6 %，HCN選擇性63 %。
[0071]實施例19:
[0072]重復實施例12，將6g納米碳管負載的銅催化劑(表示為Cu/納米碳管)裝填于線筒式介質阻擋放電等離子體反應器的放電區(qū)。催化劑顆粒為不規(guī)則形狀(20-40目)，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為20% (重量)。放電參數設定為:放電電壓13kV (峰-峰值)，放電頻率12kHz，高壓電源功率38W。待反應穩(wěn)定后反應器的器壁溫度穩(wěn)定在350 °C。此時，CH4轉化率6 %，HCN選擇性65 %。
[0073]優(yōu)選的Cu活性組分負載的載體為氧化硅和氧化鋁。
【主權項】
1.一種金屬負載型催化劑，其特征在于，該金屬負載型催化劑包括活性組分和載體；所述的活性組分為非貴金屬、堿金屬、貴金屬、稀土金屬中的一種或兩種以上混合，活性組分在催化劑中所占的重量百分比為0.4-50% ;所述的載體為活性碳、納米碳管、石墨烯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鎂、氧化鑭、氧化鈰或沸石分子篩，載體顆粒的等效直徑與反應器內徑之比為0.01-0.4。2.根據權利要求1所述的金屬負載型催化劑，其特征在于，所述的非貴金屬為鐵、鈷、鎳、絡、鉬、猛、銅、媽、鋇、乾、錯和媽；堿金屬為鈉和鉀；貴金屬為銀、金、鈾、舒、銠和鈀；稀土金屬為鑭、鋪和鐿。3.一種用權利要求1或2所述的金屬負載型催化劑合成HCN的方法，其特征在于，該方法所用的等離子體催化反應器為線一筒型構造，反應器殼體為圓筒狀，在其外表面纏繞金屬導體作為接地電極，接地電極外設有隔熱保溫層；圓筒狀上端設帶有中心孔的上封頭，通過中心孔沿反應器軸線設有金屬棒作為高壓放電電極，用絕緣材料對上封頭進行密封；反應器上端設氨氣和甲烷入口，位于放電區(qū)上方，反應器下端設收集裝置及尾氣出口 ；催化劑置于反應器內的放電區(qū)，催化劑床層通過石英砂板支撐；等離子體電源的輸出電壓為8?40kV，放電頻率為50Hz?1MHz ； 甲烷和氨氣在放電區(qū)中的停留時間為0.01s-100s，反應溫度為200-650°C，反應壓力為-0.06MPa-0.2MPa，反應體系中甲烷與氨氣物質的摩爾比為0_10。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，甲烷和氨氣在放電區(qū)中的停留時間為.0.1-60s，反應溫度為300-500°C，反應壓力為-0.02MPa_0.1MPa，反應體系中甲烷與氨氣的摩爾比為0.1-2。
【專利摘要】本發(fā)明屬于等離子體化學合成技術領域，提供了一種金屬負載型催化劑及合成HCN的方法。該金屬負載型催化劑包括活性組分和載體；所述的活性組分為非貴金屬、堿金屬、貴金屬、稀土金屬中的一種或兩種以上混合，活性組分在催化劑中所占的重量百分比為0.4-50％；所述的載體顆粒的等效直徑與反應器內徑之比為0.01-0.4。甲烷和氨氣在放電區(qū)中的停留時間為0.01s-100s，反應溫度為200-650℃，反應壓力為-0.06MPa-0.2MPa，反應體系中甲烷與氨氣物質的摩爾比為0-10。反應條件溫和，可在較低溫和常壓下進行；原料甲烷和氨氣廉價易得；等離子體催化合成法屬于一步法直接合成工藝，流程簡單，方法綠色。
【IPC分類】B01J29/89, B01J23/888, B01J23/04, B01J23/83, B01J23/10, B01J23/72, B01J23/745, B01J23/30, C01C3/02, B01J23/42
【公開號】CN105396589
【申請?zhí)枴緾N201510694826
【發(fā)明人】郭洪臣, 張睿, 王麗, 閆金輝, 王旬旬, 于曉蕾, 易顏輝
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月21日