[發(fā)明專利]一種石墨基負(fù)載型鐵基催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110872752.7
• 申請(qǐng)日: 2021-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN113546630A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛忠;趙瑞;孟鑫;殷強(qiáng)鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/78
• 分類號(hào): B01J23/78;B01J23/889;B01J37/02;C07C1/12;C07C11/02
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 許佳

本發(fā)明公開了一種石墨基負(fù)載型鐵基催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的石墨基負(fù)載型鐵基催化劑以石墨為載體，以金屬Fe為活性組分，Na、K或Mn為助金屬；以100重量份計(jì)，金屬Fe含量為10?40重量份，助金屬的含量為0.5?5重量份，其余為石墨。本發(fā)明得到的催化劑中活性組分與載體石墨間具有適中的金屬?載體相互作用力，F(xiàn)e顆粒尺寸均勻，分散性好，具有催化活性高、低碳烯烴選擇性好、熱穩(wěn)定性好、催化劑壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨基負(fù)載型鐵基催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化碳排放量的不斷增加對(duì)環(huán)境造成了多種問題(如溫室效應(yīng))，對(duì)CO₂的回收和有效利用成為研究的重點(diǎn)。其中CO₂加氫制備高附加值的化學(xué)品或燃料被認(rèn)為是一種很有前途的方法，該方法既能降低大氣中的二氧化碳濃度，又能改善能源基礎(chǔ)設(shè)施。在高附加值化學(xué)品中，低碳烯烴是重要的化工原料。其中，乙烯產(chǎn)量更是衡量國(guó)家化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一。而傳統(tǒng)生產(chǎn)烯烴的工藝往往需要依靠石油裂解，對(duì)石油依賴度高且大量消耗了不可再生能源。故利用二氧化碳來制取低碳烯烴具有清潔、高效的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)能源安全、節(jié)能減排具有重要意義。

近年來，F(xiàn)e基費(fèi)托催化劑制取低碳烯烴以其優(yōu)異的性能和巨大的工業(yè)潛力引起了人們的廣泛關(guān)注。然而活性金屬Fe往往與氧化物載體間存在較強(qiáng)的相互作用，易形成混合氧化物，不利于活性金屬的還原以及活性相的生成，造成較低的催化活性。因此，應(yīng)選用與活性金屬有弱相互作用的惰性載體，如還原氧化石墨烯、N摻雜碳納米管、多孔炭等材料。但以上碳材料往往制備工藝較繁瑣，成本高且產(chǎn)量低，僅適用于實(shí)驗(yàn)室研究而不適合工業(yè)化應(yīng)用，且以上材料為載體的催化劑活性處于較低水平。而鱗片石墨作為一種天然的石墨基碳材料，具有物化性能優(yōu)異，熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，抗熱震性、耐腐蝕性良好等多種優(yōu)勢(shì)。并且經(jīng)過氧化并熱處理后的天然鱗片石墨，其層間含有大量開放的孔道，具有較大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)熱性、優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度和無害性，是構(gòu)建復(fù)合材料的理想基材。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種石墨基負(fù)載型鐵基催化劑及其制備方法和應(yīng)用，石墨基負(fù)載型鐵基催化劑在費(fèi)托反應(yīng)中顯示出優(yōu)越的活性和低碳烯烴選擇性，克服了活性金屬Fe與氧化物載體間的相互作用導(dǎo)致的活性金屬不易還原、活性相不易生成，以及催化活性較低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種石墨基負(fù)載型鐵基催化劑，所述催化劑以石墨為載體，以金屬Fe為活性組分，Na、K或Mn為助金屬；以100重量份計(jì)，金屬Fe含量為10-40重量份，助金屬的含量為0.5-5重量份，其余為石墨。

進(jìn)一步地，所述石墨的比表面積為15-250m²/g，粒徑為60-300目。

進(jìn)一步地，所述金屬Fe以Fe₂O₃的形式存在。

本發(fā)明提供一種所述石墨基負(fù)載型鐵基催化劑的制備方法，包括如下步驟：

A.使用氧化劑對(duì)天然鱗片石墨進(jìn)行熱氧處理，得到熱氧處理的石墨；

B.將金屬前驅(qū)體溶于溶劑中，得到金屬前驅(qū)體溶液；

C.將步驟A所得熱氧處理的石墨浸漬于步驟B制得的金屬前驅(qū)體溶液中，浸漬過程進(jìn)行超聲分散，并進(jìn)行干燥處理；

D.將步驟C干燥后的產(chǎn)物進(jìn)行焙燒處理；

E.將助金屬溶于溶劑中，得到助金屬鹽溶液，將步驟D所得產(chǎn)物浸漬于所述助金屬鹽溶液中，浸漬過程進(jìn)行超聲分散，經(jīng)干燥后即得石墨基負(fù)載型鐵基催化劑。