[發明專利]一種氧化鈰為載體的鈷基氨合成催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710340832.1
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107008335B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 林炳裕;劉益;衡嵐;林建新;倪軍;江莉龍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

一種氧化鈰為載體的鈷基氨合成催化劑及其制備方法，涉及一種以棒狀氧化鈰為載體，鈷金屬為活性組分的新型氨合成催化劑及其制備方法，適用于氮氣和氫氣合成氨的反應。所述催化劑的制備方法包括：以鈰鹽水溶液和堿水溶液為原料，通過水熱法制備棒狀氧化鈰；將無氯鈷化合物溶液干燥后溶解于醇溶劑中獲得含醇的鈷溶液；將上述鈷溶液浸漬引入到棒狀氧化鈰中，干燥還原得到最終的氧化鈰負載鈷催化劑。與現有氧化鈰負載鈷基氨合成催化劑相比，本發明的催化劑具有更高的氨合成活性，有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及化肥領域合成氨工業中使用氮氣和氫氣合成氨的一種鈷基催化劑及其制備方法，具體地說涉及一種氧化鈰為載體的鈷基氨合成催化劑及其制備方法。

背景技術

傳統的氨合成催化劑為熔鐵型催化劑，該催化劑技術較成熟，但由于生產過程中的高溫、高壓和高耗能，限制了熔鐵催化劑前進的腳步。雖然釕催化劑因其優異的性能被譽為是鐵催化劑之后的第二代氨合成催化劑，有較好的工業應用前景，然而，由于釕金屬價格昂貴；而且在氨合成條件下，釕金屬是活性炭載體甲烷化的催化劑，這些不足嚴重影響了活性炭負載釕催化劑的穩定性，抑制了釕催化劑的大規模工業化應用。以價格較低的金屬為氨合成催化劑的活性組分一直是研究人員的關注的熱點。最近， CN201510968283.3專利中描述了一種以金屬鈷為活性組分、石墨化活性炭為載體、堿土金屬和堿金屬為助劑制備出鈷基催化劑的性能與同樣金屬負載量的釕催化劑活性相當。波蘭Wioletta Raróg-Pilecka課題組（Ammonia synthesis over barium-promoted cobalt catalysts supported ongraphitised carbon, J. Catal., 249 (2007) 24-33.）也制備出負載在活性炭，并以鋇作助劑的鈷基氨合成催化劑。但是這類新型氨合成催化劑依然以活性炭為載體，因此無法完全避免炭載體的甲烷化現象，保證催化劑的穩定性。因此以氧化物為載體的新型氨合成催化劑被認為是制備高穩定性氨合成催化劑的關鍵。Lin等（Effect of pretreatment onceria-supported cobalt catalyst for ammonia synthesis, RSC Adv., 4 (2014)38093-38102）報道了一種多面體結構的氧化鈰負載鈷催化劑的制備方法，他們將NaOH水溶液添加到同時含有適量硝酸鈰和硝酸鈷的混合水溶液形成懸浮液，老化、烘干及熱處理后可得到氧化鈰具有多面體結構的Co/CeO2氨合成催化劑。但該催化劑采用水作為硝酸鈷的溶劑，所得到的催化劑金屬鈷和氧化鈰相互作用能力太強，抑制了催化劑的氨合成活性。

發明內容

針對現有氧化鈰負載鈷基氨合成催化劑的不足，本發明提供一種新的氧化鈰負載鈷基氨合成催化劑及其制備方法。為實現發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種氧化鈰為載體的鈷基氨合成催化劑，所述催化劑是以棒狀氧化鈰為載體，以金屬鈷為活性組分，負載量以Co計重量為氧化鈰重量的1-90%。

催化劑的制備方法包括以下步驟：

（1）以鈰鹽溶液和堿性溶液為原料，通過水熱法制備棒狀氧化鈰，

（2）將無氯鈷化合物溶液干燥后溶解于醇溶劑中獲得含醇的鈷溶液，

（3）將上述步驟（2）所得到的鈷溶液浸漬引入到步驟（1）所制備的棒狀氧化鈰中，

（4）將步驟（3）所得到的樣品干燥還原得到最終的鈷基氨合成催化劑。

步驟（1）中鈰鹽為硝酸鈰、氯化鈰或草酸鈰中的一種。堿性物質為氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、尿素、氨水中的一種。所述鈰鹽與堿性物質的摩爾比為1:10-1:300。

所述棒狀氧化鈰由水熱法制備，水熱溫度為80-170℃，其水熱時間是4-48小時。

所述無氯鈷化合物為硝酸鈷、草酸鈷、乙酸鈷、和乙酰丙酮鈷中的一種或多種。