[發明專利]一種共沉淀法制備用于一碳化學反應的催化劑的方法

有效

• 申請號: 201110396830.7
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102489340A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張燚;劉意;陳建峰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J37/03
• 分類號: B01J37/03;B01J23/889;B01J23/80;B01J23/755;C10G2/00;C07C29/154;C07C31/04;C01B3/40
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種新型催化劑制備方法，具體地說涉及一種共沉淀法制備一碳化學催化劑的方法。該催化劑制備方法可廣泛應用于費托合成、甲醇合成和甲烷重整等一碳化學反應催化劑，屬于催化劑技術領域。

技術背景

化學反應過程中反應物只含一個碳原子的反應統稱為一碳化學。一碳化學的主要目的是節約煤炭和石油資源，用少的碳原料生成多的燃料，提供給人類。

一碳化學是從一碳氫化反應開始的。以含一個碳原子的化合物——甲烷(CH₄)、合成氣(CO和H₂)、CO₂、CH₃OH、HCHO等為初始反應物，反應合成一系列重要的化工原料和燃料的化學。一碳化學的基干物質是CO和H₂，是從任何含碳資源都能夠容易得到的，這是一碳化學能夠處于未來化學產業的核心的最大理由。

20世紀70年代中期，首先在日本提出了C1化學的概念。與此同時，美國孟山都公司用低壓甲醇羰基化制取醋酸技術獲得工業應用；美國莫比爾化學公司ZSM-5分子篩催化劑成功地應用于甲醇轉化制汽油；中東、加拿大等天然氣產量豐富的國家，由天然氣制甲醇生產能力加速提高，導致大量甲醇進入市場。因此，近年來C1化學不僅研究以合成氣，而且也研究以甲醇作為重要的基礎原料，來合成一系列以乙烯為基礎原料生產的基本有機化工產品。

一碳化工實際上就是一種新一代的煤化工和天然氣化工。目前產品主要包括液體燃料與燃料添加劑、低碳烯烴、合成低碳醇，也包括甲醇及其系列產品、甲醛及其系列產品等六大類化工產品。把握一碳化學的關鍵是催化劑，因此如何開發優良的催化劑左右著一碳化學的成敗。

發明內容

沉淀法通常是在溶液狀態下將不同化學成分的物質混合，在混合液中加入適當的沉淀劑制備前驅體沉淀物，再將沉淀物進行干燥或鍛燒，從而制得相應的粉體顆粒。

本發明采用的共沉淀法是指在溶液中含有一種或多種陽離子，它們以均相存在于溶液中，加入沉淀劑，經沉淀反應后，可得到各種成分的均一的沉淀，它是制備含有一種或一種以上金屬元素的催化劑的方法。共沉淀法的優點在于：其一是通過溶液中的各種化學反應直接得到化學成分均一的納米粉體材料，其二是容易制備粒度小而且分布均勻的納米粉體材料。

本發明的另一特征在于利用各種醇預處理一定量的金屬化合物。為了提高制備粉末樣品的粒子尺度分布均勻程度和改善性能，降低粒子尺寸，我們對共沉淀法進行了改進，目的在于將晶粒的成核和生長過程分開，快速大量成核，均勻生長。在沉淀過程中，顆粒的大小主要由成核速度和核增長速度決定的，因此通過控制成核速度和核增長速度就可以控制沉淀顆粒的性能。由于沉淀溶液中醇的存在，改變了沉淀溶液的濃度，有效控制了成核速度，同時醇溶液包覆在晶粒周圍，抑制了核增長的速度，防止顆粒的二次團聚，從而獲得了均勻的粒子尺度分布以及合適的粒子尺寸。

本發明的目的是提供一種用于一碳化學反應的新型催化劑的制備方法，該方法可以應用于費托合成鈷基催化劑和鐵基催化劑、甲烷重整鎳基催化劑和鈷基催化劑、合成甲醇銅基催化劑、CO氧化銅基催化劑和鈷基催化劑等一碳化學反應催化劑的制備。

本發明的主要目的可以通過以下技術方案實現：

一種共沉淀法制備催化劑的新方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)利用醇預處理可水溶性的金屬化合物，預處理溫度控制在0-150℃之間，時間在0.1-8小時，得到金屬化合物的醇溶液，濃度為10wt％-80wt％；

(2)再用水將金屬化合物的醇溶液稀釋到適宜濃度，金屬化合物的濃度在0.1wt％-40wt％之間；

(3)將步驟(2)所得溶液與沉淀劑慢慢混合進入沉淀反應器中，控制沉淀溫度在0-120℃之間，PH值在7-13之間；沉淀結束后老化2-48小時，老化溫度在0-80℃之間；

(4)將沉淀抽濾、洗滌干凈后干燥，干燥溫度為40-150℃，恒溫4-48小時，再放入馬弗爐中焙燒，焙燒溫度為200-800℃，恒溫2-20小時；

再經壓片、造粒，還原獲得成型催化劑；

上述步驟(1)中醇可以為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇，丙二醇，丙三醇、丁二醇、聚乙二醇以及以上醇的各種異構體中的一種、兩種或幾種。

所述沉淀劑可以為碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氨、尿素、氨水中的一種。沉淀劑以溶液的形式加入，濃度在1wt％-50wt％。