[發明專利]一種石墨烯負載Cu/ZnO催化劑及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202010084038.7
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111229236B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 賈星原;殷恒波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;C07C67/39;C07C69/06;B01J37/03
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本發明涉及一種石墨烯負載Cu/ZnO催化劑及其制備方法和用途，屬于有機催化領域。本發明的顯著特征在于催化劑采用并流沉淀法制備，相對一般的沉淀法，活性位點Cu具有更小的粒徑與分散性，且Cu²⁺與Zn²⁺的共沉淀，以及石墨烯的加入能更好地發揮其協同催化作用，對目標反應具有低溫活性，對產物甲酸甲酯具有高選擇性。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯負載Cu/ZnO催化劑及其制備方法和用途，屬于有機催化領域。

背景技術

甲酸甲酯是一種非常重要的化工中間體，可直接用作溶劑，防腐劑以及汽油添加劑。以甲酸甲酯為原料可制備甲酰胺、氫氰酸、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇酸甲酯以及丙烯酸甲酯等高附加值精細化學品。

早期工業上，甲酸甲酯的生產工藝主要有以下幾種：甲酸與甲醇直接酯化法、甲醇羰基化法、合成氣直接合成法。其中，酯化法由于工藝落后、設備腐蝕嚴重等缺點，已被淘汰。合成氣法優點是原料易得，缺點是反應壓力高、甲酸甲酯單程收率低。甲醇羰基化法的優點是效益好，缺點是對原料甲醇與CO的純度要求較高。

甲醇作為有機化工產品在世界范圍內其產量僅次于乙烯、丙烯及純苯等基礎原料，是C1化學的基礎，世界甲醇生產以天然氣為主，我國是一個富煤貧氣少油的國家，甲醇生產以煤炭為主要原料，但是隨著工藝路線的改進，合成甲醇催化劑性能的提升，甲醇在國內的產能與產量已經嚴重過剩，成為甲醇工業中一個重要瓶頸。

甲醇脫氫一步制備甲酸甲酯從工藝路線上講，既解決了甲醇市場過剩的問題，又打破了甲酸甲酯生產方面的技術壁壘；從經濟效益上講，低附加值的甲醇轉化成高附加值的甲酸甲酯具有較大的利益空間；此方法原料單一、工藝流程短、設備投資低，并且副產的CO與H₂是合成甲醇原料。早在1988年，日本三菱瓦斯化學公司(MGC)首次在世界上實現該技術的工業化。在國內，西南化工研究院開發了年產2kt的工業裝置，甲醇轉化率為30％-40％，甲酸甲酯選擇性達到70％左右，甲酸甲酯收率20％-30％。但是，國內工藝常見的CuSiO系、CuCrO系催化劑，需要250℃～300℃較高的反應溫度，此外，含鉻體系催化劑具有一定的毒性，對環境不友好。

因此，研究銅系催化劑催化甲醇脫氫制備甲酸甲酯始終是此領域的重要方向。高活性，高甲酸甲酯選擇性，催化性能穩定，壽命長，環境友好型的銅系催化劑更是研究的重點。

發明內容

本發明旨在開發一種具有高活性、高選擇性，催化性能穩定，在相對較低的溫度下具有催化活性的脫氫類催化劑，用于催化甲醇脫氫一步法制備甲酸甲酯。

本發明所涉及的反應為氣固相催化反應，反應在微型固定床反應裝置、氣相常壓條件下進行。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種石墨烯負載Cu、ZnO催化劑，所述石墨烯負載Cu/ZnO催化劑中，Cu的負載量為5-10wt.％，Cu與ZnO的摩爾比分別為2:1-1:2，其余為載體石墨烯。

一種石墨烯負載Cu、ZnO雙金屬催化劑的具體制備步驟如下：