本發明涉及一種用于催化乙烷制乙烯的三氧化二鉻催化劑，包括：包括多孔性三氧化二鉻，所述多孔性三氧化二鉻的孔隙和外表面接枝Si?O?類基團。本發明還涉及一種用于催化乙烷制乙烯的三氧化二鉻催化劑的制備方法，以及涉及所述三氧化二鉻催化劑在二氧化碳氧化乙烷脫氫制備乙烯中的應用。根據本發明提供的催化劑，在用于催化乙烷脫氫制乙烯反應時，能夠獲得高的乙烷轉化率和乙烯選擇性。

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體涉及一種催化乙烷制乙烯的三氧化二鉻催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

乙烷廣泛存在于石油氣、天然氣、焦爐氣和石油裂解氣中。如果將其合理利用，例如脫氫以制備乙烯，將會產生顯著的經濟效益和社會效益。傳統工藝使用水蒸汽裂解乙烷來制備乙烯，但該工藝裂解溫度高，通常在850-900℃之間，且需要大量的水蒸氣，能耗大。而且，在上述裂解過程中會產生大量焦炭、乙炔和C₃組分。

將乙烷通過催化脫氫或催化氧化脫氫反應來制備乙烯，所需反應溫度低，引起了許多催化工作者的興趣。其中，二氧化碳可作氧化劑通過催化氧化乙烷脫氫制備乙烯。其反應產物中乙烯選擇性高，同時又可消除CO₂，減緩溫室效應。因此亟需開發一種乙烷轉化率高、乙烯選擇性強的催化劑，來實現通過CO₂氧化乙烷制備乙烯的產業化應用。在該類催化乙烯制備催化劑的活性組分中，鉻的活性最高。然而現有技術中，鉻類催化劑同樣存在著反應溫度高，轉化率及選擇性低的缺點。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于催化乙烷制乙烯的三氧化二鉻催化劑，其具有高比表面積，能夠在相對較低的反應溫度下，催化乙烷氧化脫氫制備乙烯的反應，并且能夠達到較高的乙烷轉化率和乙烯選擇性。

本發明還提供了一種用于催化乙烷制乙烯的三氧化二鉻催化劑的制備方法。

進一步地，本發明還提供了一種二氧化碳氧化乙烷脫氫制備乙烯的方法，其中應用了根據本發明提供的三氧化二鉻催化劑。

根據本發明，提供了一種用于催化乙烷制乙烯的三氧化二鉻催化劑，包括多孔性三氧化二鉻，所述多孔性三氧化二鉻的孔隙和外表面接枝Si-O-類基團。

根據本發明提供的三氧化二鉻催化劑的結構與現有技術中的納米三氧化二鉻催化劑和核殼結構的三氧化二鉻催化劑不同，其具備骨架結構(多孔性三氧化二鉻顆粒)和多孔性，所述骨架結構主要由Cr₂O₃構成，孔道呈蠕蟲狀，且孔隙和外表面均接枝了硅氧烷類基團。經研究得知，此種結構不僅增加了三氧化二鉻催化劑的骨架強度，使其結構更加穩定；并且增大了所述催化劑的比表面積，尤其增大了所含三氧化二鉻顆粒的內比表面積。

根據本發明的優選實施方式，在所述催化劑中，鉻元素和硅元素的摩爾比為(15-2.4):1，優選為(7.1-4.5):1。

根據本發明的優選實施方式，在所述催化劑中，硅元素以SiO₂計含量優選為5-25wt％，進一步優選為10-15wt％。

根據本發明提供的三氧化二鉻催化劑，其僅在孔隙表面和外表面接枝有硅氧基，硅含量并不高，并非如現有技術中已報道的三氧化二鉻催化劑一般在表面包覆了二氧化硅殼層。

優選地，所述催化劑的比表面積為60-180m²/g，優選為80-140m²/g。該相對大的比表面積，能夠增加所述催化劑反應活性位點。并且，通過Si-O-類基團改性增大了多孔性Cr₂O₃內比表面積，顯著增加了所催化的反應活性，在保證所需產物選擇性的條件下提高轉化率，反應收率顯著提高。

優選地，所述催化劑的孔徑大小為3-25nm，還優選為5-15nm。優選地，所述催化劑的80％以上的孔的孔徑在5-15nm的范圍。