[發明專利]一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910789966.0
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN112427041B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 張鐵銳;王元深
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;C07C1/04;C07C11/02;C10G2/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明提供一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑，它包括有單質鎳納米顆粒及其載體氧化錳納米片；其中，單質鎳納米顆粒與氧化錳納米片的重量比為(2～4):1.2。該催化劑中的氧化錳載體改變了單質鎳的催化加氫能力，首次實現了鎳基催化劑在光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴中的應用，且低碳烯烴的選擇性可高達33.0％，有望應用于工業生產。同時，該催化劑使用條件溫和，避免了高溫導致的積碳形成和催化劑燒結失活，催化活性持久。此外，本發明還提供了該催化劑的制備方法，該鎳基催化劑成本低廉，制備簡便，工藝簡單，易于大規模生產。

技術領域

本發明涉及光熱催化技術領域。更具體地，涉及一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源作為人類社會發展的物質基礎，其所面臨的問題一直以來都被世界各國所重視，隨著社會的進步和發展，對能源的需求量也越來越大，能源問題也變得更加尖銳突出。人類所使用的能源主要有煤炭、石油、天然氣。其中，煤炭儲量龐大，但是低效利用會釋放大量溫室氣體并且會產生大量對環境有污染的氣體。因此，高效利用煤炭資源、可再生生物質資源，是未來能源結構發展的重要趨勢。低碳烯烴是一類重要的化工原料，但是傳統的制備方法是通過石油的裂解得到，是一種高能耗、石油依賴型的技術。如能利用儲量龐大的煤炭資源，利用清潔高效的技術，將其轉化為高附加值的低碳烯烴，是一項十分有前景的課題。

費托合成是一種工業熱催化技術，工業上費托反應是在高溫高壓中進行的，高溫反應加速了積碳的形成和催化劑燒結導致催化劑的失活；同時從能量和效率上講都是極其浪費的。如能有效利用費托合成技術并結合清潔能源，如太陽光，進行條件較為溫和的光熱驅動的催化反應，將煤炭資源通過一氧化碳轉化為低碳烯烴，被認為是制備高附加值石油裂解產物的重要替代技術。

費托合成的催化劑一般選用發展較為成熟的由活性相金屬和載體構成負載型催化劑?；钚韵嘟饘倨鹬饕拇呋饔茫掖呋a物的選擇性由于活性相金屬的不同而產生差異。傳統的費托合成所需的活性金屬相為Fe、Co、Ni、Ru和Rh，但是由于貴金屬Ru和Rh高昂的價格，限制了其在工業中的實際應用，活性相Co的主要產物為高碳烷烴，而Ni由于過強的加氫能力致使主要產物為甲烷，活性相Fe的主要產物為烯烴。但是在目前的工業合成烯烴過程中，鐵基催化劑催化下的費托合成的反應溫度仍較高，通常會超過300℃，導致鐵基催化劑表面沉積大量的碳，進而導致鐵基催化劑失活，影響烯烴的合成效率；此外，鐵基催化劑在催化一氧化碳合成烯烴的過程中，還會使得大量的一氧化碳轉化為二氧化碳，得到的二氧化碳的占比約為15％，且隨著催化劑使用時間的增長，二氧化碳的生成量逐漸增大，可高達25％，造成碳元素的大量浪費。

因此，需要提供一種在溫和條件下高效率合成烯烴的，且不會造成碳元素浪費的能夠代替鐵基催化劑的光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用催化劑。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑。該鎳基催化劑為負載型催化劑，包括有單質鎳納米顆粒及其載體氧化錳納米片，是高負載量、高分散性和電子結構可調的鎳基催化劑。將該催化劑首次用于光熱催化費托反應，其產物有較高的低碳烯烴選擇性，催化活性持久，且二氧化碳選擇性低，碳元素利用率高。

本發明的第二個目的在于提供一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑的應用。

為達到上述第一個目的，本發明采用下述技術方案：

一種光熱催化一氧化碳加氫制備低碳烯烴用鎳基催化劑，所述催化劑包括有單質鎳納米顆粒及其載體氧化錳納米片；其中，單質鎳納米顆粒與氧化錳納米片的重量比為(2～4):1.2。