[發明專利]石墨烯負載鈷系催化劑及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201710864584.0
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107597120B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 秦毓辰;毛繼平;張國良;陳新宇;何文;江莉;楊瑩;劉九林;潘延
• 申請（專利權）人: 中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J27/22;C07C1/04;C07C11/04;C07C11/06;C10G2/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 劉書芝

本發明提供一種石墨烯負載鈷系催化劑及其制備方法和用途，屬于化工技術領域，其通過將氧化石墨烯與鈷源在還原劑存在下于溶液體系中反應，離心洗滌后于溶液中分散，干燥后于惰性氣體氛圍下焙燒后獲得，該催化劑通過原位生長法，將鈷基納米顆粒直接負載在石墨烯上，使鈷基納米顆粒與石墨烯載體結合力最大化，并經過高溫焙燒，在顆粒與載體的結合處形成Co₂C結構，提高低碳烯烴選擇性并且抑制CH₄的生成，對于費托合成制烯烴有很好的選擇性。

技術領域

本發明涉及化工技術領域，具體而言，涉及一種石墨烯負載鈷系催化劑及其制備方法和用途。

背景技術

低碳烯烴作為基本有機化工原料,在現代石油和化學工業中起著舉足輕重的作用。尤其是乙烯和丙烯，可以毫不夸張的說是下游化工產業的源頭。低碳烯烴的產量不僅標志著一個國家石油化工的發展水平，更是衡量一個國家綜合國力的重要標志。

目前國內生產低碳烯烴的主要方式仍以石腦油裂解為主，約占市場的94％(十年前為100％)。為了解決中國生產低碳烯烴技術單一，成本較高等問題，結合我國富煤少油缺氣的能源結構特點，利用合成氣為原料，通過費托過程直接制備烯烴成為了近年來研究的熱門方向，其催化劑的制備更是研發的重要方向。

鈷系催化劑是費托合成制烯烴催化劑中研究較早的一種催化劑。在制備負載型鈷系催化劑時，通常選用SiO₂或者Al₂O₃為載體。然而這種負載型鈷系催化劑應用在費托合成制烯烴中，在提高低碳烯烴選擇性的同時，也增加了副產物CH₄的選擇性，無法滿足工業應用的要求。

發明內容

石墨烯是目前人類已知的最薄、機械強度最高的二維材料，由蜂窩狀網狀單層碳原子組成，由于其無可比擬的各項性能，一經問世便受到了全世界科研工作者的廣泛關注。由石墨烯作載體制備的催化劑已經在多個應用領域展現出了優異的性能。申請人發現，Co₂C較常規鈷系催化劑應用在費托合成制烯烴反應中，更利于低碳烯烴的產生以及抑制副產物CH₄的生成。

本發明的目的在于提供一種石墨烯負載鈷基納米顆粒催化劑的制備方法，通過原位生長法，將鈷基納米顆粒直接負載在石墨烯上，使鈷基納米顆粒與石墨烯載體結合力最大化，并經過高溫焙燒，在顆粒與載體的結合處形成Co₂C結構，當應用于費托合成時，能有效提高低碳烯烴選擇性并且抑制CH₄的生成。

本發明的另一目的在于提供一種石墨烯負載鈷系催化劑，其通過上述的石墨烯負載鈷基納米顆粒催化劑的制備方法制備而得，由于通過原位生長法制備而得，并且經過高溫焙燒，在顆粒與載體的結合處形成Co₂C結構，當應用于費托合成時，能有效提高低碳烯烴選擇性并且抑制CH₄的生成。

本發明的再一目的在于提供上述的石墨烯負載鈷系催化劑在催化費托合成中的用途。其在催化費托合成中，具有很好的低碳烯烴選擇性，并能抑制CH₄的生成。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種石墨烯負載鈷系催化劑的制備方法，將氧化石墨烯與鈷源在還原劑存在下于溶液體系中反應，離心洗滌后于溶液中分散，干燥后于惰性氣體氛圍下焙燒。

優選地，氧化石墨烯與鈷源在還原劑存在下于溶液體系中的反應在150-220℃條件下進行，更優選在180-220℃條件下反應。

優選地，于分散后的溶液中加入助劑后進行干燥和焙燒,更優選的,助劑的添加量為分散后的溶液的0-5wt％。

一種石墨烯負載鈷系催化劑，根據上述的石墨烯負載鈷系催化劑的制備方法制備而得。

一種石墨烯負載鈷系催化劑，包括石墨烯載體以及負載于石墨烯載體的鈷基納米顆粒。