[發(fā)明專利]一種負(fù)載型鐵基催化劑的制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011266075.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN114471561A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫劍;葛慶杰;位健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01J23/745
• 分類號(hào): B01J23/745;B01J29/46;B01J35/10;B01J37/34;C10G2/00
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 田華

本申請(qǐng)公開了一種負(fù)載型鐵基催化劑的制備方法，所述方法至少包括：以鐵為活性組分，多孔材料為載體，采用物理濺射法制備得到所述負(fù)載型鐵基催化劑。本申請(qǐng)通過多角旋轉(zhuǎn)桶的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鐵粒子的均勻分散。可用于解決二氧化碳加氫催化劑，活性金屬分散較差，且在長(zhǎng)期高溫反應(yīng)條件下易長(zhǎng)大燒結(jié)而使反應(yīng)失活的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種負(fù)載型鐵基催化劑的制備方法及其應(yīng)用，屬于催化劑制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在自然界中，植物從空氣中吸收二氧化碳，經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)物和氧氣，該過程緩慢，所以一直以來(lái)化學(xué)家們努力想通過化學(xué)方式回收利用二氧化碳。如果以二氧化碳作為原料生產(chǎn)烴類化合物，特別是長(zhǎng)鏈烴類燃料，將是一種潛在替代化石燃料的清潔能源策略，不僅可有效降低二氧化碳造成的溫室效應(yīng)，還可減輕對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴。但二氧化碳的活化與選擇性轉(zhuǎn)化仍面臨巨大挑戰(zhàn)。相比于更活潑的孿生兄弟一氧化碳，二氧化碳分子非常穩(wěn)定，難以活化，與經(jīng)典的費(fèi)托合成路線相比，二氧化碳與氫分子的催化反應(yīng)更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，而很難生成長(zhǎng)鏈的液態(tài)烴燃料。

目前報(bào)道的可用于生成C₂₊烴類化合物的二氧化碳加氫催化劑，多為金屬氧化物催化劑或其與分子篩耦合的復(fù)合催化劑，而傳統(tǒng)負(fù)載型的金屬催化劑在二氧化碳加氫這一新型串聯(lián)催化反應(yīng)中并不常見，且普遍存在活性較差，難以穩(wěn)定生成長(zhǎng)鏈液態(tài)烴燃料的問題。主要原因在于，負(fù)載型金屬催化劑中的活性金屬分散較差，難以與載體或酸性位進(jìn)行良好的協(xié)同匹配，制備過程不易控制，且在長(zhǎng)期高溫反應(yīng)條件下易長(zhǎng)大燒結(jié)而使反應(yīng)失活的問題。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種負(fù)載型鐵基催化劑的制備方法，本申請(qǐng)通過多角旋轉(zhuǎn)桶的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鐵粒子的均勻分散。本發(fā)明的目的是解決二氧化碳加氫催化劑，活性金屬分散較差，且在長(zhǎng)期高溫反應(yīng)條件下易長(zhǎng)大燒結(jié)而使反應(yīng)失活的問題。

本發(fā)明設(shè)計(jì)將鐵組分通過物理濺射的方法負(fù)載于活性炭、碳納米管、石墨烯、二氧化硅、分子篩等多孔材料載體上，包括以下步驟：首先，將載體進(jìn)行真空干燥處理，將處理后的載體進(jìn)行造粒；然后，將顆粒置于物理濺射腔室的載體臺(tái)上；最后，在真空條件下，通過磁控濺射的方法，將活性鐵納米粒子附著于載體臺(tái)上的載體表面，通過多角旋轉(zhuǎn)桶的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鐵粒子的均勻分散。本發(fā)明的目的是解決二氧化碳加氫催化劑，活性金屬分散較差，且在長(zhǎng)期高溫反應(yīng)條件下易長(zhǎng)大燒結(jié)而使反應(yīng)失活的問題。

本申請(qǐng)采用磁控濺射法直接制備得到負(fù)載型鐵基催化劑。

根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，提供了一種負(fù)載型鐵基催化劑的制備方法，所述方法至少包括：以鐵為活性組分，多孔材料為載體，采用物理濺射法制備得到所述負(fù)載型鐵基催化劑。

可選地，所述多孔材料選自活性炭、碳納米管、石墨烯、二氧化硅、分子篩、氧化鋁中的至少一種。

具體地，當(dāng)使用分子篩為載體時(shí)，C₅-C₁₁為主要產(chǎn)物；當(dāng)使用不含有分子篩的物質(zhì)為載體時(shí)，C₂-C₄為主要產(chǎn)物。

可選地，采用多角滾筒濺射裝置制備所述負(fù)載型鐵基催化劑；

所述多角滾筒濺射裝置包括多角旋轉(zhuǎn)桶和等離子體發(fā)生器。

可選地，所述方法至少包括：

(1)使用等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的Ar離子轟擊鐵靶材1～30min；

(2)將載體置于所述多角旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)，多角旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)抽真空；

(3)向多角旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)通入氬氣，調(diào)節(jié)多角旋轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)速，使Ar離子轟擊鐵靶材所產(chǎn)生的金屬鐵離子沉積至載體表面，即可得到所述負(fù)載型鐵基催化劑。

可選地，本申請(qǐng)中的多角旋轉(zhuǎn)桶為六棱柱狀，在使用時(shí)，平躺放置。