一种高比表面积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整体式氧化铝负载铁催化剂，包含催化剂制备方法与产品特征。其中制备过程使用如下原料：铝源、铁源、第一添加物、第二添加物与酸溶液；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、成型前体与成型模具的组装；三、对成型前体施加压力；四、成型块体的程序焙烧。所制得的产品即整体式氧化铝负载铁催化剂，还具备以下产品特征：单个整体式氧化铝负载铁催化剂的块体质量较大、催化剂比表面积较高；铁元素质量含量可达0.3~15%；催化剂的X‑射线衍射峰只包含氧化铝的谱学特征，而不含关于铁组分的谱学特征。制备工艺较简单，操作成本低，具有推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积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，涉及一种将铁源与氧化铝前体泥坯一次成型为具有高比表面积的整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法。
技术介绍
催化剂是化工产品生产、能源物质生产以及环境保护过程中的核心工艺问题之一。固体催化剂，尤其是负载型的催化剂，是实际应用中最常见的催化剂形式。固体催化剂的制备方法，从方法学角度上看属于固体材料制备
，从应用角度上属于化工、能源或环境领域。众多研究表明，对于同一催化活性组分来说，固体催化剂的制备方法也会明显影响这其催化性能。因此探索固体催化剂制备新工艺是本领域中一个永恒的课题。负载型铁催化剂是一种重要的工业催化剂，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。相对于颗粒或粉末状铁催化剂而言，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。然而整体式催化剂相对于粉末或颗粒状催化剂而言具有一些自身的优势。例如，前者与后者相比，其催化剂填装与回收比较方便，大大降低操作成本，尤其是催化剂与产品的分离成本；用于固定床反应器中，前者往往具有较小的压降。因此开发整体式负载型铁催化剂的制备方法具有重要的潜在应用价值。然而目前文献或专利报道的结果还有待改进。例如L.Xu等人在文献(MaterialsResearchBulletin[J],2014,Vol.59,page254-260.)中报道了一种铁催化剂的气相沉积制备方法，该方法总体上比较简单、成本较低。然而该方法无法适用于整体式催化剂的制备。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。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、低成本操作的工艺方法的需求。
技术实现思路
为了克服现有技术所存在的问题，本专利技术提出了一种先制作氧化铝与铁源混合前体泥坯，并通过成型模具压缩成型，而后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：一种高比表面积整体式氧化铝负载铁催化剂，包含整体式氧化铝负载铁催化剂制备方法与整体式氧化铝负载铁催化剂产品特征；其中制备过程使用如下原料：铝源：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；铁源：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。上述整体式氧化铝负载铁催化剂的制备方法，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。上述整体式氧化铝负载铁催化剂的制备方法，通过上述原料以及整体式催化剂成型模具，其制备过程包含以下步骤：步骤一、制备成型前体；步骤二、成型前体与成型模具的组装；步骤三、对成型前体施加压力；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：取一定质量的铝源、铁源、第一添加物、第二添加物；其中铁源中含铁元素的摩尔数与铝源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源质量的0.01~0.1倍；第二添加物的质量是铝源质量的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源质量的0.5~1.3倍；通过手或者挤条机对面团状混合物进行混捏，使得其中的铝源、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、成型前体与成型模具的组装；具体方法如下：将成型前体填装于整体式催化剂成型模具的模具第一零件所包含的圆柱形空腔内，成型前体的质量在1~400g范围内；将模具第二零件挤压部分与模具第三零件挤压部分从模具第一零件所包含的圆柱形空腔的两侧分别装入；填装成型前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，并将上述成型前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：将组装好的成型前体与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压力部件接触，使得液压机所施加的压力可以作用于上述两个承压面；施加的压力大小在0.1~5MPa范围内；施加压力时间在20s~4h范围内；而后从成型模具中取出受压后的成型前体得到成型块体。步骤四、成型块体的程序焙烧；具体方法如下：对步骤三所述成型块体进行干燥操作，使部分挥发性水分与其它物质离开成型块体，直至成型块体干燥后的质量为干燥前的75%以下；干燥操作包含但不限于在空气中晾干、烘箱或马弗炉中烘干、真空干燥箱内干燥、干燥器内干燥、吹风吹干、日光晒干、红外灯烘干、离心机甩干等操作，或上述操作的任意组合操作；之后将成型块体置于一个具有程序控温功能的加热器内进行焙烧；焙烧的气氛为空气，或纯氧气，或任意含氧气比例超过20%的混合气体；程序焙烧中的温度与时间关系包含三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比表面积整体式氧化铝负载铁催化剂，包含整体式氧化铝负载铁催化剂制备方法与整体式氧化铝负载铁催化剂产品特征，其特征在于：其中制备过程使用如下原料：铝源：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；铁源：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；上述整体式氧化铝负载铁催化剂的制备方法，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；上述整体式氧化铝负载铁催化剂的制备方法，通过上述原料以及整体式催化剂成型模具，其制备过程包含以下步骤：步骤一、制备成型前体；步骤二、成型前体与成型模具的组装；步骤三、对成型前体施加压力；步骤四、成型块体的程序焙烧。...

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积整体式氧化铝负载铁催化剂，包含整体式氧化铝负载铁催化剂制备方法与整体式氧化铝负载铁催化剂产品特征，其特征在于：其中制备过程使用如下原料：铝源：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；铁源：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；上述整体式氧化铝负载铁催化剂的制备方法，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；上述整体式氧化铝负载铁催化剂的制备方法，通过上述原料以及整体式催化剂成型模具，其制备过程包含以下步骤：步骤一、制备成型前体；步骤二、成型前体与成型模具的组装；步骤三、对成型前体施加压力；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：取一定质量的铝源、铁源、第一添加物、第二添加物；其中铁源中含铁元素的摩尔数与铝源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源质量的0.01~0.1倍；第二添加物的质量是铝源质量的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源质量的0.5~1.3倍；通过手或者挤条机对面团状混合物进行混捏，使得其中的铝源、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：将成型前体填装于整体式催化剂成型模具的模具第一零件所包含的圆柱形空腔内，成型前体的质量在1~400g范围...

【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