[發明專利]一種碳材料負載鈷基催化劑及其制備與應用

在審

• 申請號: 202010736458.9
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN113996301A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 丁云杰;李怡蕙;朱何俊;趙子昂;盧巍;龔磊峰;董文達
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C10G2/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供了一種碳載體負載鈷基催化劑的載體預處理方法，具體為以預處理試劑(過氧化氫、硝酸、鹽酸、醋酸)或/和預處理氣體(水蒸汽、氧氣、二氧化碳)對碳載體進行處理，得到表面改性的碳載體。本發明還提供一種預處理的碳載體負載的鈷基催化劑制備方法及其在費托合成反應中的應用。用此碳載體擔載鈷前驅物，經烘干、焙燒、還原后得到費托合成催化劑。使用此預處理方法對碳載體進行處理，以此為載體制備的鈷基催化劑具有更優異的費托合成性能。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種碳載體負載鈷基催化劑的載體預處理方法，本發明還還提供一種按照該碳載體預處理方法處理后通過浸漬法制備得到的鈷基催化劑及其在費托合成反應中的應用。

背景技術

碳材料由于有良好的化學穩定性，強度高，耐熱性，所以是一種用途廣泛的基礎材料。碳材料載體廣泛應用于各種催化領域，在制備金屬催化劑的碳載體的表面進行處理會改變催化劑表面性質，影響活性金屬在載體上的分布情況以及與載體的相互作用，從而改變了催化劑的活性。

費托合成是一種一氧化碳加氫制備清潔燃料和化學品的關鍵步驟，產物多為烴和含氧化合物，以碳材料為載體的鈷基催化劑廣泛應用于費托合成，但是由于載體本身與活性金屬的相互作用相對較弱，活性金屬分散性差，催化劑活性不高。

專利CN110407188A介紹將過氧化氫在55℃至70℃的預設溫度下進行鈍化修飾有序介孔碳，調控其表面性質，并改善了電解液與電極材料之間的接觸角，從而增加了化學活性。專利CN110280242A介紹了納米金催化劑載體活性炭的預處理方法，通過硝酸，硫酸，醋酸，過氧化氫等對活性炭表面進行改性，并在其上負載金，發現金的負載強度及分散性得到提高。

發明內容

該鈷基催化劑包含活性金屬鈷、碳載體，本發明的目的在于提供一種碳載體負載鈷基催化劑的載體預處理方法，本發明還提供一種按照該碳載體預處理方法處理后通過浸漬法制備得到的鈷基催化劑及其在費托合成反應中的應用。

一種鈷基催化劑的碳載體預處理方法，該催化劑為鈷基催化劑，包含金屬鈷和載體，載體在負載金屬鈷前驅物之前，采用一定預處理試劑或/和預處理氣體，以一定預處理方法進行處理。

預處理試劑為過氧化氫、硝酸、鹽酸、醋酸的一種或兩種以上，預處理氣體為水蒸汽、氧氣、二氧化碳的一種或兩種以上。

碳載體為活性炭、介孔碳、炭黑、石墨烯中的一種或兩種以上，碳載體比表面積為500-2200m²/g，其中，優選的比表面積800-1200m²/g，平均孔徑為1-250nm，其中，優選的平均孔徑為50-200nm，總孔容為0.1-2mL/g，其中，優選的總孔容為0.5-1mL/g。

預處理試劑的濃度為1％-35％，其中，優選的預處理試劑濃度為 3％-30％。預處理氣體的濃度為1％-100％，其中，優選的預處理氣體的濃度為5％-100％。

采用預處理試劑進行處理的方法，包括以下步驟：

(1)用預處理試劑處理碳載體，碳載體與預處理試劑溶液質量比為 1g:1ml-1g:20ml，預處理試劑濃度為1％-35％，預處理溫度為20-80℃，預處理時間為0.5-12h；

(2)通過抽濾，將預處理后的碳載體與預處理試劑進行固液分離；

(3)用去離子水洗滌碳載體；

(4)洗滌后進行干燥，干燥溫度為100-180℃；

采用預處理氣體進行處理的方法，其特征在于，碳載體裝入高溫爐中，先通入N₂、Ar等惰性氣體吹掃，溫度達到預處理溫度后，切換預處理氣體，溫度為200-1000℃，預處理時間為0.5-12h。