[發明專利]一種負載于鉭酸鋇表面的釕基催化劑及其在合成氨中的應用

有效

• 申請號: 201811246294.0
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109433202B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 游志雄;黃佳
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01J23/648
• 分類號: B01J23/648;C01C1/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 吳楚

本發明提供一種負載于鉭酸鋇表面的釕基催化劑及其在合成氨中的應用，屬于催化領域。以鉭酸鋇為載體，鉭酸鋇表面負載活性成分釕，其中，Ru和鉭酸鋇質量比為0.1～16：100，鉭酸鋇的比表面積為10?50m²/g。本發明制備方法簡單，通過簡單的水熱反應即可制備得到氨合成催化劑載體。發明制備的催化劑催化活性高、穩定性好、安全性能高。

技術領域

本發明屬于催化領域，具體涉及一種負載于鉭酸鋇表面的釕基催化劑及其在合成氨中的應用。

背景技術

合成氨工業是最重要的化學工業之一，世界各國都致力于合成氨工業的發展。合成氨是一種有效的人工固氮手段，為人體提供了40-60％的氮源。氨氣易被液化(0.86MPaat 20℃或-33.4℃at 0.1MPa)且不含碳，所以氨被看作是一種最接近實用的可再生燃料，也被認為是可以協調能源和環境問題的重要的氫能載體。1913年，Haber-Bosch的氨合成鐵催化劑及其工藝流程在德國奧寶((Oppau)首次實現了工業化，使氨的合成方法從氰化法演變到氮氫混合氣合成氨法，從而極大提高了氨的產量被譽為第一代氨合成催化劑。Haber-Bosch工藝的運行條件一般在400-600℃的高溫和20-100MPa的高壓下，極大的消耗了能量，致使合成氨工業消耗了全世界能耗的1％。現階段，合成氨工業的原料氫主要是通過大規模高壓天然氣改質(methane steam reforming)得到的。未來用作可再生能源和氫能載體的氨，其原料最終將會從不能再生的天然氣過渡到生物質或電解水(電能源自可再生能源)。這些小規模、低壓氫源對合成氨催化劑提出了新的挑戰。因此開發一種在溫和條件下具有高性能的催化劑來替代傳統鐵催化劑，不僅是提升傳統Haber-Bosch工藝的需要，也是應對未來氨新能源挑戰的需要。

目前氨合成催化劑其活性組分多為Fe、Ru、Co、Ni等，載體多為MgO、Al₂O₃、Nb₂O₅、TiO₂、活性炭、電子鹽等。氨合成中最大的限速步驟是氮的解離，Ru因其優越的氮解離能力被廣泛用于氨的合成，1992年，以活性碳為載體的釕催化劑在加拿大Ocelot合成氨廠首次實現工業化。但是，在氨合成反應條件下，釕金屬容易使活性碳載體發生甲烷化，導致催化劑活性的降低，限制了釕催化劑的大規模工業應用。此外，碳材料還具有易燃性，在工業上使用也有一定的安全隱患。因此，提供一種化學性質穩定、使用安全的釕基催化劑載體仍然是一個重要課題。鉭酸鋇因具有優良的光電性能和非線性光學性能、良好的光學效應和電學性能而在光催化以及激光、電池等領域應用廣泛。但是在合成氨方面的應用卻從未報道。

發明內容

為了解決上述問題，本發明將釕負載于鉭酸鋇的表面，制備出了催化活性高、穩定性好、使用安全的合成氨催化劑。

本發明提供的技術方案具體如下：

一種負載于鉭酸鋇表面的釕基催化劑，以鉭酸鋇為載體，鉭酸鋇表面負載活性成分釕，其中，Ru和鉭酸鋇質量比為0.1～16：100，鉭酸鋇的比表面積為10-50m²/g。

優選地，所述鉭酸鋇的結構為Ba₅Ta₄O₁₅。

優選地，所述鉭酸鋇采用下述方法制備得到：將Ba和Ta的摩爾比為(8～12)：1的Ta前驅體和Ba前驅體混合，于150-220℃加熱140～180h即成。

優選地，所述的Ta前驅體為Ta的氧化物、氫氧化物、鹽中的一種或幾種，所述的Ba前驅體為Ba的氧化物、氫氧化物、鹽中的一種或幾種。