[發明專利]一種三維多孔碳負載的Rh基催化劑的制備方法及其產品與應用

有效

• 申請號: 202110080760.8
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112871160B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 邱曉清;梁祥
• 申請（專利權）人: 中南大學深圳研究院
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J27/24;B01J35/00;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/16;C07C29/158;C07C31/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種三維多孔碳負載的Rh基催化劑的制備方法及其產品與應用，包括以下步驟：1)載體前驅體的制備；2)在載體前驅體上表面修改Rh離子修飾；3)交聯與碳化。本發明以負載型Rh作為主催化劑，以三維多孔碳作為載體。其制備方法包括：利用α?H酮自身羥醛縮合產生的碳量子點作為基點，表面接枝Rh活性組分離子，經過后續熱處理，原位構筑復合型三維多孔碳負載型催化材料，其制備方法簡單、制備得到的Rh基催化劑催化活性高、選擇性好、耐磨性好。本發明中的采用三維多孔碳作為載體，得益于三維多孔碳的負載特性，以及對氣體分子吸附和解離特性，結合負載活性組分對CO的活化，實現高效CO氫化轉化，而且可不會發生堵塞現象，傳質傳熱效果好。

技術領域

本發明屬于合成氣轉化技術領域，具體涉及一種三維多孔碳負載的Rh基催化劑的制備方法及其產品與應用。

背景技術

近年來，面對世界能源供需矛盾日益凸顯，加之與其相應的環境污染問題，實現炭質資源高效轉化利用的費-托合成技術引起了廣泛關注。以費-托合成技術為基礎的間接液化過程，可以將煤、天然氣、生物質等碳基原料通過合成氣間接轉化成超清潔燃料和高附加值化學品，而合成氣在催化劑作用下，經過費托合成生成種類繁多的產物。如何將合成氣高選擇性地轉化為人們需要的化學品，特別是低碳醇，是合成氣高效利用的關鍵科學問題之一。

迄今為止，以獲得高效催化材料為核心國內外開展了廣泛而深入的探索研究，進展巨大，例如，傳統的鐵基催化劑鈷劑催化劑、銅鋅過渡金屬改性的鐵基鈷基劑催化劑、鉬基催化劑、貴金屬催化劑等。其中，貴金屬銠(Rh)是目前費托合成生成低碳醇活性最高的催化劑。其獨特的電子結構，空的d軌道可以與合成氣中的CO配位，從而有效吸附和活化CO，有利于CO氫化形成乙醇或其它化合物。實際上，包括費托合成的多相催化反應大多發生在催化材料表面的邊、角、棱等活性位置，但這些微結構很容易在催化過程中發生改變(比如催化劑顆粒長大和燒結，結構坍塌，活性點位消失等)，從而使得催化材料在反應過程中因受熱或雜質中毒而失活。故此，合成高活性和高穩定性兼備的催化劑對今后可能的工業化應用具有重要的科學意義。

將活性組分與適合的載體形成負載型催化材料，活性組分與載體結合的界面處的原子因配位結構不同于普通位置處的原子而顯得更加活潑，同時負載型催化材料具有更好的穩定性。在以貴金屬為活性組分的催化劑中，將它們分散在合適的載體上，不僅可以提高催化活性，還可以減少貴金屬的使用量。常用的載體有分子篩和金屬氧化物(如SiO₂、TiO₂、ZrO₂、CeO₂、Al₂O₃等)，但是這些無機物載體的微孔孔道容易在費托合成反應過程中被碳堵塞，不利于傳質傳熱，導致催化劑失活。

發明內容

本發明的目的是提供一種三維多孔碳負載的Rh基催化劑的制備方法及其產品與應用，解決目前含微孔載體易被堵塞，從而影響催化活性的問題。

本發明這種三維多孔碳負載的Rh基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1)載體前驅體的制備：制備碳量子點或者含雜原子的碳量子點，作為載體前驅體；

2)在載體前驅體上表面修改Rh離子修飾：將步驟1)中的載體前驅體分散于去離子水中，得到載體前驅體膠體溶液，接著將銠鹽溶液加入到載體前驅體膠體溶液，用稀鹽酸調節pH，然后在設定溫度下，進行攪拌反應，反應結束后，將產物分離、洗滌和干燥后，得到表面接枝Rh離子的載體前驅體；

3)交聯與碳化：將步驟2)中的表面接枝Rh離子的載體前驅體置于管式爐中，在惰性氣氛下，進行熱處理，是載體前驅體反生交聯，形成三維多孔碳，Rh離子在載體前驅體的作用下，還原成金屬離子，均勻負載于三維多孔碳上，從而得到三維多孔碳負載的Rh基催化劑。