一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂制造技术

本发明专利技术属于催化技术领域，涉及一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，包含催化剂制备方法与催化剂产品特征。其中制备方法使用如下原料：铝前体、铁前体、第一添加物、第二添加物、酸溶液、支撑性材料：使用整体式催化剂成型模具；包含以下步骤：一、制备成型前体；二、填装包裹体；三、对包裹体施加压力；四、成型块体的程序焙烧。该方法所得产品还同时具备以下特征：单个催化剂块体的质量可达1~100 g；催化剂的总体比表面积为150~550 m

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂
本专利技术属于催化
，涉及一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法，具体地，涉及一种将铁前体、支撑性材料与氧化铝前体泥坯一次成型为具有高比表面积的增强型整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法。
技术介绍
众多的工业生产过程包含催化反应过程，尤其是化工产品生产、能源物质生产以及环境保护过程中。工业应用的催化剂中，负载型过渡金属催化剂是非常常见的一种类型。铁是地壳中含量最多的一种过渡金属，也是人类最早使用的材料之一，在催化过程也也充当重要的角色。例如，负载型铁催化剂常用于费托-合成、烷烃的催化氧化、脱硝、催化过氧化氢分解等重要过程。有时也作为一种助催化剂与其它活性金属组分共同使用。负载型催化剂从宏观形态上看，可以分为颗粒或粉末状铁催化剂，整体式催化剂，以及特定形状的催化剂。整体式催化剂相对于颗粒或粉末状铁催化剂来说有一些明显的优势。但是目前针对整体式负载型铁催化剂的制备方法还不多，尤其是整个块体都是铁催化剂的情形。专利CN105148914A公开的一种Fe2O3/Al2O3/堇青石催化剂及其制备方法，得到可用于脱硝的整体式催化剂。该催化剂制备包含使用铝溶胶涂在堇青石表面上的步骤。尽管该专利技术没有相关比表面积的具体信息，但是由于堇青石比表面积较低，因此整个催化剂比表面积将受到较大限制。对于负载型催化剂而言，活性组分的分散度对于催化活性至关重要；从X-射线衍射、脉冲吸收、透射电子显微镜等表征手段可以获得相关信息。从上述专利技术，读者无法得知相关铁组分的分散情况。北京化工大学报道的文献【陈能展等，LaAl1-xFexO3/Al2O3/FeCrAl催化剂的制备及其对甲烷燃烧催化性能，催化学报，2005，26卷，11期，1017页】中描述了一种以含铁三组分金属为活性组分，以氧化铝以及FeCrAl为二元载体的整体式铁催化剂制备方法。该方法先在FeCrAl合金片上涂上氧化铝浆料，经干燥后，浸渍由LaAl1-xFexO3粉末制成的浆料。该方法与上述专利类似，由于含有一个合金片，将大大影响催化剂总体的表面积。对于金属分布来说，虽然活性组分在氧化铝载体空间中可能具有较好的分散度，但是从整个催化剂块体上看，FeCrAl合金片占据较大空间，整个催化剂的活性组分分布不均匀。显然，对于整体式负载铁催化剂的制备而言，本领域还存在这改进制备方法的技术需求，尤其是制备高比表面积、高铁组分分散度、机械强度高、操作成本低的工艺方法的需求。
技术实现思路
本专利技术提出了一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法，其技术路线是，先制作氧化铝与铁前体混合泥坯，再通过添加支撑性材料得到前体与支撑性材料的包裹体，而后通过成型模具压缩成型，再经过精细程序焙烧得到产品的技术路线。通过该技术路线可以得到高比表面积、微观上具备纳米级孔道、高机械强度的整体式氧化铝负载铁催化剂；同时该制备方法无须昂贵设备、原料来源简单、环境较友好、操作安全、成本较低。实现上述技术路线的具体技术方案是：一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，包含催化剂制备方法与催化剂产品特征；其中催化剂制备方法使用如下原料：铝前体：是氢氧化铝、拟薄水铝石的一种，或者上述物质任意比例的混合物；铁前体：是氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、醋酸亚铁、醋酸铁、碳酸亚铁、碳酸铁、草酸亚铁、草酸铁、乙酰丙酮铁、二茂铁、甲基二茂铁、乙基二茂铁、乙二胺四乙酸-铁络合物中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；第一添加物：是田菁粉、田菁胶、瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、半乳甘露聚糖中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；第二添加物：是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、颗粒度小于60目的炭黑、颗粒度小于60目的水溶性淀粉中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；酸溶液：一种水溶液，含有硝酸、硫酸、盐酸、醋酸、草酸、磷酸、柠檬酸、马来酸、酒石酸中的一种或者多种物质，水溶液的pH值在0.0~4.0的范围内；支撑性材料：金属丝、金属条、金属片、金属网或者碳纤维中的一种，或者上述类型材料以任意比例组合使用；其中金属的材质是铁、不锈钢、铜、铬、镍、锌、铝、钛、锰中的一种或者基于上述材质的合金材料；金属材质种类可以是上述材质的一种，或者多种以任意比例组合使用；对于金属丝、金属条或者碳纤维，其伸直长度不小于1cm；对于金属片或者金属网而言，其外围轮廓投影面积不小于0.1cm2。上述催化剂制备方法，使用整体式催化剂成型模具；该成型模具包括模具第一零件，模具第二零件与模具第三零件；模具第一零件包含一个圆柱形空腔；模具第二零件包含模具第二零件挤压部分与模具第二零件承压部分；模具第二零件挤压部分的几何形状为圆柱体，其具有一个挤压面，该挤压面的几何形状为圆形；模具第二零件承压部分具有一个承压面；模具第三零件包含模具第三零件挤压部分与模具第三零件承压部分；模具第三零件挤压部分的几何形状为圆柱体，其具有一个挤压面，该挤压面的几何形状为圆形；模具第三零件承压部分具有一个承压面；模具第二零件挤压部分的挤压面与模具第三零件挤压部分的挤压面可从模具第一零件所包含的圆柱形空腔的轴线方向放入。上述催化剂制备方法，通过上述原料以及整体式催化剂成型模具，其制备方法包含以下步骤：步骤一、制备成型前体；步骤二、填装包裹体；步骤三、对包裹体施加压力；步骤四、成型块体的程序焙烧。上述四个步骤的具体方法如下：步骤一、制备成型前体；具体方法如下：取一定质量的铝前体、铁前体、第一添加物、第二添加物；其中铁前体中含铁元素的摩尔数与铝前体中含铝元素的摩尔数之比为0.003~0.12；第一添加物的质量是铝前体质量的0.01~0.1倍；第二添加物的质量是铝前体质量的0~0.2倍；四种物质均匀混合，得到混合粉末；而后将酸溶液缓慢倒入混合粉末，形成面团状混合物，其中酸溶液的质量是铝前体质量的0.5~1.3倍；通过手或者挤条机对面团状混合物进行混捏，使得其中的铝前体、第一添加物、第二添加物、酸溶液进一步均匀混合，形成一个泥坯，泥坯上没有明显的液滴；由上述混合物混捏得到的泥坯称为成型前体。步骤二、填装包裹体；具体方法如下：取一定质量的步骤一所述成型前体，其质量在2~400g范围内；取一定质量的支撑性材料，其质量是成型前体质量的0.01~0.6倍；将成型前体与支撑性材料一起填装到整体式催化剂成型模具第一零件所包含的圆柱形空腔内；装填后支撑性材料被成型前体包裹；成型前体包裹支撑性材料后形成包裹体；将模具第二零件挤压部分与模具第三零件挤压部分分别从模具第一零件所包含的圆柱形空腔的两侧装入；填装包裹体所需材料与放置模具第二零件或模具第三零件的顺序不限；当模具第二零件挤压部分的挤压面、模具第三零件挤压部分的挤压面与模具第一零件所包含的圆柱形空腔内壁共同形成一个密闭腔体，并将上述包裹体封在该密闭腔体中，完成填装步骤。步骤三、对成型前体施加压力；具体方法如下：将组装好包裹体的整体式催化剂成型模具组合放在一台液压机上，模具第二零件承压部分的承压面、模具第三零件承压部分的承压面与液压机的施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，包含催化剂制备方法与催化剂产品特征，其特征在于，其中催化剂制备方法使用如下原料：铝前体：是氢氧化铝、拟薄水铝石的一种，或者上述物质任意比例的混合物；铁前体：是氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、醋酸亚铁、醋酸铁、碳酸亚铁、碳酸铁、草酸亚铁、草酸铁、乙酰丙酮铁、二茂铁、甲基二茂铁、乙基二茂铁、乙二胺四乙酸‑铁络合物中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；第一添加物：是田菁粉、田菁胶、瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、半乳甘露聚糖中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；第二添加物：是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、颗粒度小于60目的炭黑、颗粒度小于60目的水溶性淀粉中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；酸溶液：一种水溶液，含有硝酸、硫酸、盐酸、醋酸、草酸、磷酸、柠檬酸、马来酸、酒石酸中的一种或者多种物质，水溶液的pH值在0.0 ~ 4.0的范围内；支撑性材料：金属丝、金属条、金属片、金属网或者碳纤维中的一种，或者上述类型材料以任意比例组合使用；其中金属的材质是铁、不锈钢、铜、铬、镍、锌、铝、钛、锰中的一种或者基于上述材质的合金材料；金属材质种类可以是上述材质的一种，或者多种以任意比例组合使用；对于金属丝、金属条或者碳纤维，其伸直长度不小于1 cm；对于金属片或者金属网而言，其外围轮廓投影面积不小于0.1 cm...

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，包含催化剂制备方法与催化剂产品特征，其特征在于，其中催化剂制备方法使用如下原料：铝前体：是氢氧化铝、拟薄水铝石的一种，或者上述物质任意比例的混合物；铁前体：是氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、醋酸亚铁、醋酸铁、碳酸亚铁、碳酸铁、草酸亚铁、草酸铁、乙酰丙酮铁、二茂铁、甲基二茂铁、乙基二茂铁、乙二胺四乙酸-铁络合物中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；第一添加物：是田菁粉、田菁胶、瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、半乳甘露聚糖中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；第二添加物：是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、颗粒度小于60目的炭黑、颗粒度小于60目的水溶性淀粉中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；酸溶液：一种水溶液，含有硝酸、硫酸、盐酸、醋酸、草酸、磷酸、柠檬酸、马来酸、酒石酸中的一种或者多种物质，水溶液的pH值在0.0~4.0的范围内；支撑性材料：金属丝、金属条、金属片、金属网或者碳纤维中的一种，或者上述类型材料以任意比例组合使用；其中金属的材质是铁、不锈钢、铜、铬、镍、锌、铝、钛、锰中的一种或者基于上述材质的合金材料；金属材质种类可以是上述材质的一种，或者多种以任意比例组合使用；对于金属丝、金属条或者碳纤维，其伸直长度不小于1cm；对于金属片或者金属网而言，其外围轮廓投影面积不小于0.1cm2；上述催化剂制备方法，使用整体式催化剂成型模具；该成型模具包括模具第一零件，模具第二零件与模具第三零件；模具第一零件包含一个圆柱形空腔；模具第二零件包含模具第二零件挤压部分与模具第二零件承压部分；模具第二零件挤压部分的几何形状为圆柱体，其具有一个挤压面，该挤压面的几何形状为圆形；模具第二零件承压部分具有一个承压面；模具第三零件包含模具第三零件挤压部分与模具第三零件承压部分；模具第三零件挤压部分的几何形状为圆柱体，其具有一个挤压面，该挤压面的几何形状为圆形；模具第三零件承压部分具有一个承压面；模具第二零件挤压部分的挤压面与模具第三零件挤压部分的挤压面可从模具第一零件所包含的圆柱形空腔的轴线方向放入；上述催化剂制备方法，通过上述原料以及整体式催化剂成型模具，其制备方法包含以下步骤：步骤一、制备成型前体；步骤二、填装包裹体；步骤三、对包裹体施加压力；步骤四、成型块体的程序焙烧。2.根据权利要求1所述的高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，其特征在于，其制备方法的步骤一的具体方法如下：取一定质量的铝前体、铁前体、第一添加物、第二添加物；其中铁前体中含铁元素的摩尔数与铝前体中含铝元素的摩尔数之比为0.003~0.12；第一添加物的质量是铝前体质量的0.01~0.1倍；第二添加物的质量是铝前体质量的0~0.2倍；四种物质均匀混合，得到混合粉末；而后将酸溶液缓慢倒入混合粉末，形成面团状混合物，其中酸溶液的质量是铝前体质量的0.5~1.3倍；通过手或者挤条机对面团状混合物进行混捏，使得其中的铝前体、第一添加物、第二添加物、酸溶液进一步均匀混合，形成一个泥坯，泥坯上没有明显的液滴；由上述混合物混捏得到的泥坯称为成型前体。3.根据权利要求1所述的高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，其特征在于，其制备方法的步骤二的具体方法如下：取一定质量的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：平潭自贸区金瑜环保材料有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35