[發明專利]催化劑及其制備方法、合成異丁醇的方法

有效

• 申請號: 201710232604.2
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107413348B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 黃偉;程淑艷;寇佳偉;游向軒
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J21/18;C07C29/154;C07C31/12
• 代理公司: 深圳市智享知識產權代理有限公司 44361
• 代理人: 藺顯俊

本發明提供一種催化劑的制備方法，其包括：提供石墨化碳材料，并進行活化處理得到活性石墨化碳材料；提供銅鋅鋁鹽溶液和堿性溶液；將所述活性石墨化碳材料分散于水中，并向其中同時添加所述銅鋅鋁鹽溶液和堿性溶液進行共沉淀得到前驅體；及對所述前驅體進行熱處理得到所需的催化劑。該催化劑的制備方法制備成本低，適合工業化生產；所制得的催化劑特別適合用于制備合成氣制備異丁醇，其CO轉化率和異丁醇選擇性高。本發明還提供一種催化劑，所述催化劑為以活性石墨化碳材料為載體所形成的含有銅、氧化鋅以及氧化鋁的復合物。本發明還提供一種合成異丁醇的方法，以氫氣和一氧化碳為合成氣，利用上述催化劑合成得到異丁醇。

【技術領域】

本發明涉及化工材料技術領域，具體涉及一種催化劑及其制備方法、合成異丁醇的方法。

【背景技術】

自70年代的兩次石油危機以來，以及世界各國對環境保護重視度的提升，人們認識到能源和有機合成工業不能過多地依賴石油，而應該調整原料路線和產品結構，向原料和產品的多元化方向發展：即油、煤、氣并舉，并且致力于優化利用這三種可燃性礦物資源以生產不同的化學品和潔凈燃料。

經過多年的探索，通過合成氣制烴類、醇類、醚類產物的工藝漸漸走入人們的視線。其中，合成氣是以氫氣、一氧化碳為主要成分的原料氣，其來源廣泛，可由煤或焦炭等固體燃料氣化產生，也可以由天然氣和石腦油等輕質烴類制取。目前該工藝正在走向大型工業化，為推動合成氣的工業應用創造了前提條件，其中有關低碳醇制備的研究備受關注。

低碳混合醇指C1～C6的醇類混合物。而在混合醇的眾多產物中，異丁醇具有廣泛的用途。如可以作為優質動力燃料；而且可以利用其高辛烷值、防爆抗震性能優越等優點，取代對人類健康存在威脅的汽油添加劑MTBE(甲基叔丁基醚，MethylTert-butyl Ether)；并且，異丁醇還是基本的有機化工原料，可用于橡膠、塑料等的合成；此外異丁醇還能作為優良的萃取劑，用于稀土金屬的萃取。

在合成氣制備異丁醇的過程中需要使用催化劑，目前采用的催化劑包括改性高溫甲醇合成催化劑、改性低溫甲醇合成催化劑、鋯基催化劑等。其中，改性高溫甲醇合成催化劑產物主要為甲醇、乙醇、正丙醇和異丁醇，其中甲醇和異丁醇為主要成分，但反應條件較為苛刻：溫度400～600℃，壓力12～16Mpa。改性低溫甲醇合成催化劑相較于高溫甲醇合成催化劑，其反應條件較為溫和：溫度270～300℃，壓力6～8MPa，產物以甲醇和異丁醇為主，但一氧化碳轉化率不高，異丁醇選擇性較低。鋯基催化劑雖然異丁醇選擇性高，但其制備原料昂貴，不易實現工業化。

【發明內容】

為克服現有的技術問題，本發明提供一種催化劑及其制備方法、合成異丁醇的方法。

本發明為解決上述技術問題提供的一種催化劑的制備方法，其包括：提供石墨化碳材料，并進行活化處理得到活性石墨化碳材料，其中，所述石墨化碳材料的碳含量大于99％，石墨化碳含量大于90％；提供銅鋅鋁鹽溶液和堿性溶液；將所述活性石墨化碳材料分散于水中，將所述活性石墨化碳材料分散于水中，以分散有活性石墨化碳材料的水溶液為載體，并向其中同時添加所述銅鋅鋁鹽溶液和堿性溶液進行共沉淀得到前驅體，控制所述銅鋅鋁鹽溶液和堿性溶液的添加速度，使共沉淀在pH值為5.5-6的條件下進行；其中，所述石墨化碳材料的比表面積大于80m2/g，粒度為6-32μm，孔容為0.4-0.6cm3·g-1，孔徑為10-15nm；所述石墨化碳材料的摩爾數為n1，所述銅鋅鋁鹽溶液中銅、鋅、鋁的摩爾數分別為n2、n3、n4，n1:n2:n3:n4＝(10-20):(1-3):(0.5-1.5):(0.4-1.2)；及對所述前驅體進行熱處理得到所需的催化劑；具體包括：將所述前驅體在60-100℃下干燥10-20h，得到干燥產物；及將干燥產物在400-500℃下焙燒3-5h，得到所需的催化劑。

優選地，控制所述銅鋅鋁鹽溶液和堿性溶液的添加速度，使共沉淀在pH值為5.0-7.0的條件下進行。