[發明專利]KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 202211049315.6
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115400780A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 趙俏;黃守瑩;韓小雪;呂靜;李振花;王悅;王美巖;馬新賓
• 申請（專利權）人: 天津大學浙江研究院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C10G2/00
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 黃晨

本申請公開了一種KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑及制備方法，KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑包括載體和金屬活性組分，所述載體包括KOH活化的氮摻雜碳材料。本申請KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑，有效提高了載體比表面積和氮摻雜程度，改變不同種類氮所占百分比，從而改變碳氮構型，促進吡咯氮的生成，暴露更多的富電子位點，提高Fe的電子云密度，促進CO解離和活性組分的生成，從而顯著提升反應活性；有效提高了產品中低碳烯烴的占比，有助于定向生產低碳烯烴，O/P(2?4)值相對于采用活性炭、SiO₂和γ?Al₂O₃作為載體的傳統催化劑分別提高了0.40、1.63、1.33倍。

技術領域

本申請屬于合成氣催化轉化技術領域，具體涉及一種KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑及制備方法。

背景技術

合成氣是一種重要的化工原料氣，可用于制備各種烴類化學品，包括長碳烴類(如汽油、煤油、柴油、蠟等)和短碳烴類(如乙烯、丙烯、丁烯)。合成氣的來源廣泛，可由煤、石油、天然氣、生物質等轉化而得。考慮到我國煤炭資源豐富、原油對外依存度過高的現狀，開發高效利用煤基合成氣的化工路線，對于穩定國家能源安全和促進能源多元化具有重要的戰略意義。

費托合成是將合成氣(CO和H₂)在催化劑作用下轉化為清潔液體燃料或其他烴類化學品。具體地反應過程為，CO在金屬催化劑表面發生解離、碳碳偶聯和加氫等步驟，最終生成烷烴和烯烴等混合物。當前工業費托合成工藝的產物主要集中于油品和低碳烯烴(C₂-C₄＝)，常用的催化劑包括Fe、Co等金屬，其中Fe基催化劑因工藝操作范圍寬，碳鏈增長能力較弱，常被用于合成氣制低碳烯烴的反應領域。

目前，費托合成Fe基催化劑的載體以氧化物(如SiO₂、Al₂O₃等)為主，但金屬與載體之間相互作用力較強，導致金屬難以被還原和進一步碳化生成活性相態，影響催化劑的活性。

發明內容

本申請的目的在于提供一種KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑及制備方法，以解決現有技術中存在的費托合成Fe基催化劑的載體以氧化物為主，但金屬與載體之間相互作用力較強，導致金屬難以被還原和進一步碳化生成活性相態，影響催化劑的活性的技術問題。

為實現上述目的，本申請采用的一個技術方案是：提供了一種KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑，包括載體和金屬活性組分，所述載體包括KOH活化的氮摻雜碳材料。

在一個或多個實施方式中，所述金屬活性組分為Fe、Co和Ni中的一種或多種組合。

在一個或多個實施方式中，所述KOH活化的氮摻雜碳材料中殘留的K元素含量為0～1.8％。

優選的，所述KOH活化的氮摻雜碳材料中殘留的K元素含量為0.6％。

在一個或多個實施方式中，所述氮摻雜碳材料為有機金屬框架ZIF-8衍生的氮摻雜碳材料。

為實現上述目的，本申請采用的另一個技術方案是：提供了一種KOH活化氮摻雜碳材料負載型催化劑的制備方法，包括：

制備氮摻雜碳材料；

將所述氮摻雜碳材料均勻分散于KOH溶液中，蒸發、干燥后，于惰性氣體氛圍下活化焙燒，洗滌后，得到KOH活化的氮摻雜碳材料；

將金屬活性組分溶液浸漬到所述KOH活化的氮摻雜碳材料中，分散均勻，干燥、焙燒，即得。

在一個或多個實施方式中，所述制備氮摻雜碳材料的步驟具體包括：

將金屬鋅鹽和含氮有機配體溶于去離子水中，攪拌得到白色固體沉淀物；

將所述白色固體沉淀物洗滌、干燥后，于惰性氣體氛圍下焙燒，得到氮摻雜碳材料。