[發(fā)明專利]一種鐵基煤液化納米催化劑的批量制備和快速分離方法

無效

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• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102909021A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宿新泰;饒雪輝;李怡招;馬鳳云;鐘梅;樊金龍;蔡澤宇;孫好文;馮春全
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C10G1/06
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤炭直接液化催化劑的制備方法，具體地說涉及一種水相體系制備超細(xì)高活性納米鐵基煤直接液化催化劑，并用腐植酸鹽分離納米粒子以實(shí)現(xiàn)批量制備的方法，屬于無機(jī)材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

煤直接液化是在一定溫度、壓力和催化劑的作用下，對煤炭大分子進(jìn)行加氫，使其裂解為高H/C比的小分子氣態(tài)烴的技術(shù)。

經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，各國科學(xué)家已開發(fā)出多種直接液化工藝，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，主要有德國的IGOR工藝、日本的NEDOL工藝、美國的HIT工藝以及我國的神華煤直接液化工藝。作為煤直接液化的核心技術(shù)之一，催化劑的使用在很大程度上決定了液化工藝的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境成本。目前可作為煤直接液化催化劑的物質(zhì)共有三類：第一類是鈷（Co）、鉬（Mo）、鎳（Ni）金屬催化劑；第二類是金屬鹵化物，如ZnCl₂、SnCl₂等；第三類是鐵基催化劑，包括含鐵的天然礦石，含鐵的工業(yè)廢渣和各種鐵的純態(tài)化合物（如鐵的氧化物、氫氧化物和硫化物），其中第三類催化劑因價(jià)廉易得、對環(huán)境友好而成為目前煤直接液化催化劑的研究重點(diǎn)。普通鐵基催化劑的不足之處在于其催化活性不高，有研究表明，催化劑粒徑越小，在煤直接液化體系中分散得越好，其催化活性就越高。各國科學(xué)家已采用不同的方法合成出了粒徑較小的鐵基催化劑，如日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDOL)制備的亞微米硫化鐵催化劑，日本褐煤液化公司制備的亞微米gama-FeOOH催化劑，高溫裂解有機(jī)金屬化合物制備的納米鐵基催化劑，神華集團(tuán)使用的控制氧化原位生成納米gama-FeOOH煤粉催化劑。雖然各種小粒徑的鐵基催化劑已被制備出來，獲得了較高活性的鐵基催化劑，但仍存在一些不足之處，如制備原料昂貴（如有機(jī)金屬化合物、有機(jī)溶劑），制備方法難以規(guī)模放大（如激光裂解法），生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，以及廢物處理成本高等。

目前較理想的制備方法是通過水相沉淀合成鐵基催化劑，原料成本低，生產(chǎn)工藝較簡單，但直接沉淀很難得到粒徑較小的催化劑。另外，納米級催化劑產(chǎn)物難以從催化劑制備體系分離，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)批量制備，且分離不當(dāng)會(huì)造成粒子的團(tuán)聚，大大降低其催化活性。

因此，開發(fā)一種水相體系制備超細(xì)高活性納米鐵基催化劑和一種有效分離納米粒子的方法顯得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種鐵基煤液化納米催化劑的批量制備和快速分離的方法，制備方法簡單，原料價(jià)格低廉，制備過程對環(huán)境污染小，所得催化劑粒徑處于納米范圍，且形貌均一，具有較高的催化活性，在使用量較低的情況下，可以獲得較高的煤直接液化轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率。另外，通過在合成的納米粒子的混合液中加入絮凝劑，如黃腐酸鐵、腐植酸鈉等，使納米粒子從混合液中沉淀出來而得到簡易、有效地分離，從而使其制備易于工業(yè)放大。

本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有高催化活性的鐵基煤直接液化催化劑。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述催化劑的制備方法，及一種從水相體系簡易、有效分離納米粒子的方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

（1）室溫下，稱取一定質(zhì)量的FeCl₃·6H₂O固體，攪拌下使其溶解于水制得Fe³⁺濃度為0.01-0.1?mol·L^-1的溶液；

（2）將上述溶液在60-80^oC攪拌6-12小時(shí)，得到含有beta-FeOOH納米粒子的膠體溶液；

（3）向所合成的納米粒子膠體溶液體系中加入質(zhì)量濃度為0.005-0.02?g?·?mL^-1的黃腐酸鐵、腐植酸鈉等絮凝劑的水溶液，絮凝劑的加入量為每升納米粒子溶液加入0.035-0.2?g，使分散在液相體系中的納米粒子沉淀出來；

（4）對沉淀出來的納米粒子進(jìn)行離心或過濾分離；

（5）對洗滌后的納米粒子干燥或再次分散在水相體系中，得到最終產(chǎn)物，其組成為beta-FeOOH；