[發明專利]一種動態銅鋅催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202211327197.0
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115532270B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 陳群;錢俊峰;何明陽;吳中;韋梅峻
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J37/03;B01J37/08;B01J37/18;B01J35/10;C07C29/154;C07C31/04
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 康偉

本發明公開了一種動態銅鋅催化劑及其制備方法和應用，制備方法包括，配置濃度呈梯度增加的銅鹽和鋅鹽混合液；配置鋁鹽溶液；將銅鋅混合液按照由低至高的濃度依次加入到鋁鹽溶液中，同時持續加入堿性沉淀劑形成銅鋅鋁前驅體；對銅鋅鋁前驅體進行洗滌、干燥、焙燒、還原。本發明通過在中和時設置梯度銅鋅濃度，利用銅鋅在焙燒過程中遷移程度不同的特點，在催化劑結構內部構造大量缺陷位點，最終得到堆疊位錯密度大、活性位點比例高、介孔孔道數量多的甲醇合成催化劑，可以有效提升催化劑的催化性能。

技術領域

本發明屬于催化劑制備技術領域，具體涉及到一種動態銅鋅催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

甲醇是化工行業最重要的大宗化學品之一，主要用于生產甲醛、甲基叔丁基醚、二甲醚、叔戊基甲基醚、乙酸和乙醛等基礎化工產品，還可以通過甲醇制烯烴或甲醇制汽油工藝轉化為烯烴和燃料等烴類化合物。諾貝爾化學獎獲得者George?A·Otah提出了“甲醇經濟”的概念，他建議使用甲醇來代替目前廣泛使用的化石燃料用作能源儲存材料和燃料。甲醇生產離不開高效的甲醇合成催化劑。Cu/ZnO/Al₂O₃催化劑是催化合成氣加氫制甲醇的經典催化劑，也是目前工業上廣泛應用的催化劑體系。

Malte等通過制備一系列不同的Cu/ZnO催化劑，并對催化劑進行了原位近常壓XPS表征(Behrens,M.,et?al.Science.2012,336,893–897.)。XPS結果顯示，氧氣中煅燒后催化劑表面的Cu:Zn比為70:30，而隨著還原的進行，Cu:Zn比可以下降到30:70，并且催化劑重新在氧氣中煅燒后，表面的Cu:Zn又變為70:30。這說明Zn物種可逆地在Cu表面和近表面進行遷移。還原氣氛下，Zn在表面富集；氧化氣氛下，Cu在表面富集。

但目前Cu/ZnO催化劑存在催化性能差、甲醇時空產率低的問題。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中存在的問題，提出了本發明。

本發明的其中一個目的是提供一種動態銅鋅催化劑的制備方法，通過在中和過程中設計銅鋅濃度梯度，使催化劑粒子體相和表面的金屬元素濃度呈線性分布，再通過高溫焙燒和還原，觸發銅鋅的受熱遷移過程，從而在催化劑結構中構造更多的缺陷位點，擴大催化劑孔道，提升催化活性。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：一種動態銅鋅催化劑的制備方法，包括，

配置濃度呈梯度增加的銅鹽和鋅鹽混合液；

配置鋁鹽溶液；

將銅鋅混合液按照由低至高的濃度依次加入到鋁鹽溶液中，同時持續加入堿性沉淀劑形成銅鋅鋁前驅體；

對銅鋅鋁前驅體進行洗滌、干燥、焙燒、還原。

作為本發明動態銅鋅催化劑的制備方法的一種優選方案，其中：所述配置濃度呈梯度增加的銅鹽和鋅鹽混合液，為配置銅鋅摩爾比由20:1至1:20的若干個逐級增加的濃度。

例如，將濃度梯度設置為5個等級，分別為銅鋅摩爾比20:1、15:5、10:10、5:15、1:20；或者為銅鋅摩爾比19:1、18:2、10:10、2:18、19:1；或者為銅鋅摩爾比18:2、17:3、10:10、3:17、2:18；或者為銅鋅摩爾比19:1、16:4、10:10、4:16、1:19等。也可以將濃度梯度設置為3、4、6、7個等級，按照上述方式形成梯度增加即可。

作為本發明動態銅鋅催化劑的制備方法的一種優選方案，其中：所述銅鹽、鋅鹽和鋁鹽為可溶性硝酸鹽、硫酸鹽、氯鹽中的一種。