[發明專利]一種Zn-Al漿狀催化劑及其制備方法和在合成氣制乙醇中的應用

有效

• 申請號: 202110508444.6
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113181897B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 黃偉;劉晶;樊金串
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J37/03;B01J37/08;C07C29/153;C07C31/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種Zn?Al漿狀催化劑及其制備方法和在合成氣制乙醇中的應用。本發明提供的制備方法通過在鋁溶膠中引入鋅組分，制備得到了Zn?Al漿狀催化劑，該制備方法操作簡便，成本較低。本發明制備的Zn?Al漿狀催化劑包括Zn組分和Al組分，能夠在溫和的條件下催化合成氣生成乙醇，且性質穩定，不易失活，降低了合成氣制乙醇的成本。本發明提供的Zn?Al漿狀催化劑作為合成氣制備乙醇的催化劑時，反應條件溫和，在250～340℃、3～5MP的條件下即可催化合成氣反應生成乙醇。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種Zn-Al漿狀催化劑及其制備方法和在合成氣制乙醇中的應用。

背景技術

乙醇由于其無毒和較好的物化性質，是一種重要的有機溶劑，同時也是一種基本的有機化工原料，可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯等化工產品，還是一種制取涂料、染料、洗滌劑等產品的原料。并且乙醇是公認的高辛烷值無污染燃料添加劑，嚴重污染地下水源的MTBE燃料添加劑正逐漸被淘汰，一旦乙醇作為燃料添加劑成為現實，乙醇的需求量將難以估量。另一方面，糧食不充裕以及石油資源的匱乏，使得規模生產乙醇采用的發酵法和石油基乙烯水合法面臨成本與市場價格的挑戰。因此，研究開發合成氣生產乙醇的技術路線有望解決規模生產乙醇成本較高的問題。

合成氣生產乙醇時使用的催化劑可分為三類，分別是Rh基催化劑、Mo基催化劑和Cu基催化劑。Rh基催化劑對乙醇的時空收率和選擇性較高，但由于Rh資源有限，催化劑的制備成本高，難以實現工業化；Mo基催化劑有獨特的耐硫性且不易發生積碳，產物中醇類較多，水含量較少，但反應條件較為苛刻，實際生產中難以實現；Cu基催化劑包括Cu-Co或Cu-Fe基改性費托合成催化劑和Cu-Zn基改性甲醇催化劑，具備價格低以及反應條件溫和等優點，但Cu基催化劑催化合成氣生產乙醇時乙醇的選擇性低，且Cu基催化劑隨著反應的進行，易出現失活等現象。

在長期的研究過程中，研究人員認為乙醇合成過程中銅物種為不可或缺的活性組分，Zuo等研究了Cu團簇和ZnO表面吸附的Cu-O物種在乙醇合成中的作用，他們認為Cu⁰和Cu⁺的共存對于合成CH₃關鍵中間體是必要的。章日光等認為在Cu(110)晶面，CO插入CH₂是C₂含氧化合物的主要反應，在Cu(211)上，CH₃O解離的CH₃是最有利于CO插入的單體，H輔助CO解離，能壘最低，CHO最易生成；Hofstadt等認為Cu⁰有利于CH₂物種的形成，Cu⁺有利于CH₃O物種的形成，CH₃O和CH₂結合可生成乙醇；王等認為Cu∑5(310)傾斜晶界處合成乙醇的所有步驟，能壘都比Cu(111)表面更低，因為該晶面與所有表面物種的結合更緊密，C-O鍵斷裂能壘降低最明顯，促進了CH₂的形成。但無論是哪種機理，都認為銅物種是必不可少的活性物種。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Zn-Al漿狀催化劑及其制備方法和在合成氣制乙醇中的應用，本發明提供的Zn-Al漿狀催化劑能夠在溫和的條件下催化合成氣制備乙醇，同時本發明提供的Zn-Al漿狀催化劑具有性質穩定，不易失活的特點。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供了一種Zn-Al漿狀催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將鋁溶膠、多羥基醇和鋅源溶液混合，得到溶膠凝膠前驅體；

對所述溶膠凝膠前驅體依次進行老化和熱處理，得到Zn-Al漿狀催化劑。

優選地，所述鋁溶膠的制備方法包括以下步驟：

將鋁鹽與α-羥基羧酸水溶液混合，得到懸浮液；