[發(fā)明專利]微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510955981.X
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105536802A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王慧;楊海艷;孫予罕;魏偉;高鵬;夏林;肖碩;張艷飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海高等研究院
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;C07C29/154;C07C31/04
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

CO₂做為自然界中大量存在的碳源化合物，如何將其轉(zhuǎn)化為燃料或高附加值的化學(xué)品成 為了許多研究者關(guān)注的焦點。其中，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇將是有望解決溫室氣體排放和化石燃 料替代品兩大問題的有效途徑，這是因為甲醇既是重要的有機化工原料，又是非石油基清潔 合成燃料。由于低壓活性高、成本低、綜合性能好等優(yōu)點，銅基催化劑被廣泛應(yīng)用于CO₂加 氫領(lǐng)域。隨著銅顆粒尺寸的減小，其催化活性顯著提高。然而，較小的銅納米粒子化學(xué)性質(zhì) 活潑，在使用及熱處理過程中容易聚集燒結(jié)，導(dǎo)致銅的活性表面積降低甚至失去活性，從而 不利于其工業(yè)化應(yīng)用。因此，高活性、高分散性、強穩(wěn)定性的銅基納米材料的制備及其性能 研究已成為研究熱點。為了抑制銅納米粒子的燒結(jié)，通常可采用以下兩種方法：一是將金屬 銅納米粒子沉積在具有大比表面積的載體上，使其高度分散；二是將催化劑限制在孔道或者 多孔材料的空穴中。但是在制備過程中，活性組分前驅(qū)體很容易在載體表面富集，尤其是當(dāng) 負載量較高時，表面團聚現(xiàn)象更為嚴重，使活性銅顆粒不易高度分散、在后續(xù)的還原以及反 應(yīng)過程中容易造成銅納米顆粒的燒結(jié)并長大，從而影響催化反應(yīng)活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑及其制備方法與 應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的活性組分前驅(qū)體很容易在載體表面富集，尤其是當(dāng)負載量 較高時，表面團聚現(xiàn)象更為嚴重，使活性銅顆粒不易高度分散、在后續(xù)的還原以及反應(yīng)過程 中容易造成銅納米顆粒的燒結(jié)并長大，從而影響催化反應(yīng)活性的問題。

為了實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目標(biāo)，本發(fā)明提供一種微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑，所述微納結(jié) 構(gòu)銅基催化劑包括以下重量百分比的組分：CuO：5％～40％，ZnO：2.5％～20％， Al₂O₃:40％～92.5％。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的一種優(yōu)選方案，所述微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑中Cu粒 子的粒徑為6nm～16nm；所述微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的比表面為70m²/g～220m²/g。

本發(fā)明還提供一種微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法，所述的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備 方法包括如下步驟：

1)將銅鹽及鋅鹽加入到去離子水中，并向所述去離子水中加入堿溶液，攪拌至所述銅鹽 及鋅鹽完全溶解得到前驅(qū)鹽溶液；

2)將所述前驅(qū)鹽溶液轉(zhuǎn)移至容器中后置于油浴裝置中，向所述前驅(qū)鹽溶液中加入載體；

3)將所述油浴裝置加熱至第一溫度，使加入所述載體的前驅(qū)鹽溶液在所述第一溫度下反 應(yīng)得到沉淀物；

4)將所述沉淀物離心洗滌、干燥、焙燒，得到銅基微結(jié)構(gòu)材料；

5)將所述銅基微結(jié)構(gòu)材料在第二溫度下還原，得到微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟1)中，所述 銅鹽為硝酸銅、乙酸銅或堿式碳酸銅；所述鋅鹽為硝酸鋅、乙酸鋅或堿式碳酸鋅。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟1)中，所述 堿溶液為氨水、碳酸銨或氨水與碳酸銨的混合溶液。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，所述 載體為氧化鋁微球。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，邊攪 拌邊向所述前驅(qū)鹽溶液中加入所述載體，并在加入所述載體后，繼續(xù)攪拌一段時間。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，加入所述載體后，繼續(xù) 攪拌的時間為1h。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟3)中，將所 述油浴裝置加熱至的所述第一溫度為50℃～120℃。

作為本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)銅基催化劑的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟3)中，加入 所述載體的前驅(qū)鹽溶液在所述第一溫度下反應(yīng)得到所述沉淀物的同時得到上清液，當(dāng)所述上 清液為無色時，反應(yīng)結(jié)束。