一种Co基温和条件下氨合成催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于催化剂材料制备领域，具体涉及一种Co基氨合成催化剂及其制备方法。本发明专利技术通过合成Co/CeO2；多巴胺处理Co/CeO2，然后依次通过N2和O2混合气氛处理，得到Co/CeO2催化剂，并研究其氨合成催化性能。本发明专利技术制备的Co/CeO2催化剂，相比未处理的Co基催化剂，其氨合成速率在1MPa条件下提高了5.1倍，且该类催化剂具有极高的热稳定性，具有明显的工业应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种Co基温和条件下氨合成催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂材料制备领域，具体涉及一种Co基氨合成催化剂及其制备方法。
技术介绍
合成氨工业在国民经济中占有非常重要的地位。首先，它与国民经济基础的农业密切相关，是氮肥的主要来源，它的产量直接影响着诸如化肥、染料、医药等其他化学工业的发展与稳定。其次，合成氨工业是大吨位、高能耗和低效益的产业。衡量一个合成氨工业优劣的标准不是产品氨的产量，而是其能耗的高低。近年来，为了满足农业，工业，医疗等需求。国内外的大量研究学者对钴基氨合成催化剂进行了系统研究。涉及的载体材料除了以活性炭、碳纳米管和碳纤维代表的碳体系外，研究较多的氧化物体系主要有Al2O3，氧化镁，铈及其复合氧化物。由于CeO2具有较强的氧化还原能力、含量丰富、价格便宜等优点，被作为很多催化反应的载体。贵金属催化剂在较低压力和较低温度就可以表现出优异的催化性能，但由于贵金属催化剂的成本高，而且在高温容易烧结，因此在实际应用中寻找一种低温且催化能力强于贵金属或者与之相当是很有必要的。贵金属基催化剂的一个很有前景的替代品是过渡金属基/过渡金属复合氧化物，过渡金属基/过渡金属复合氧化物因价格低廉及良好的氨合成催化性能而被众多学者研究，包括Co基/CeO2和Fe基CeO2等催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Co基氨合成催化剂及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：所述Co基氨合成催化剂为Co/CeO2，其中过渡金属元素Co的质量占催化剂总质量为10-20%，Co的最佳的负载量为18%；CeO2的质量占催化剂总质量的80-90%。Co基氨合成催化剂的制备方法：该催化剂主要成分包括过渡金属元素Co及稀土元素Ce；催化剂的制备采用了多巴胺处理，再依次经N2和O2气氛处理，具体包括如下步骤：(1)Co/CeO2复合型金属氧化物的合成；主要包括：配制0.3-0.5mol/L硝酸铈水溶液，加入硝酸钴，快速搅拌0.5h，然后将获得的溶液转移到40℃的油浴锅，在搅拌的条件下逐滴加入0.5-2mol/L的沉淀剂至完全沉淀并老化1h，然后取出冷却至室温，再经过多次离心，120℃干燥24h，得到Co/CeO2。(2)将0.5gCo/CeO2复合型金属氧化物加入含多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，搅拌12-24h，通过离心分离悬浮液，用去离子水洗涤三次，用乙醇洗涤数次，然后在40℃真空干燥8-12h。(3)将步骤（2）中获得产物在N2气氛中进行退火处理2-6h；最佳退间为4h。(4)将步骤（3）中获得产物在O2气氛中热处理2-6h；最佳热处理时间为4h。其中，步骤（3）中N2的退火温度为400-600℃。其中，步骤（4）中O2气氛中热处理温度为400-600℃。应用：所述Co/CeO2催化剂在压力为1-5MPa，温度为360-425℃下用于氨的合成。本专利技术的显著优点在于：1、本专利技术制备的Co/CeO2催化剂在合成氨催化反应中，在较低压力（1-5MPa）和较低温度（360-425℃）下具有良好的氨合成性能和较好的稳定性，本专利技术通过简单的多巴胺处理和N2及O2混合气氛处理，氨合成的速率提高了5.1倍。2、本专利技术使用多巴胺对制得的催化剂Co/CeO2进行处理。多巴胺对Co/CeO2催化剂的作用原理是：将催化剂在N2气氛下进行焙烧，由于多巴胺中的C的存在，增强了催化剂中金属和载体间的相互作用；当金属和载体间形成了更强的相互作用后，然后将催化剂在O2气氛下进行焙烧，将碳模板去掉；此后金属和载体间更强的相互作用仍然可以保持，从而达到增强活性的效果。3、本专利技术为氨合成催化剂提供新思路，且制备工艺简单，操作方便，产量高，成本较低，低压条件下活性良好，具有明显的工业应用的前景。附图说明图1为实施例1-3和对比例1所制备得催化剂的XRD谱图。图2为实施例1-3和对比例1所制得催化剂在不同温度点下的氨合成反应速率。图3为实施例2和对比例1所制得催化剂在425℃下的氨合成稳定性。图4为实施例2和对比例1所制得催化剂的HR-TEM图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1步骤A：称取15.194g的六水合硝酸铈并加入100ml的去离子水配制成0.35mol/L硝酸铈水溶液，加入7.408g硝酸钴，快速搅拌0.5h，然后将获得的溶液转移到40℃的油浴锅，在搅拌的条件下逐滴加入2mol/L的KOH沉淀剂至完全沉淀并老化1h，然后取出冷却至室温，再经过多次离心，120℃干燥24h，得到Co/CeO2。步骤B：将0.5gCo/CeO2复合型金属氧化物加入含多巴胺（1mg/mL）三羟甲基氨基甲烷缓冲液（100mL,pH=8.5）中搅拌24h。通过离心分离悬浮液，用去离子水洗涤三次，用乙醇洗涤一次，然后在40℃真空干燥12h。步骤C：将步骤B获得产物在N2气氛中400℃退火处理2h。步骤D：将步骤C获得产物在O2气氛中400℃处理2h，所获得样品标记为Co/CeO2-D-400（即Co/CeO2-400,其中Co占催化剂总质量的20%,CeO2占催化剂总质量的80%）。实施例2步骤A：称取15.194g的六水合硝酸铈并加入100ml的去离子水配制成0.35mol/L硝酸铈水溶液，加入7.408g硝酸钴，快速搅拌0.5h，然后将获得的溶液转移到40℃的油浴锅，在搅拌的条件下逐滴加入2mol/L的KOH沉淀剂至完全沉淀并老化1h，然后取出冷却至室温，再经过多次离心，120℃干燥24h，得到Co/CeO2。步骤B：将0.5gCo/CeO2复合型金属氧化物加入含多巴胺（1mg/mL）三羟甲基氨基甲烷缓冲液（100mL,pH=8.5）中搅拌24h。通过离心分离悬浮液，用去离子水洗涤三次，用乙醇洗涤一次，然后在40℃真空干燥12h。步骤C：将步骤B获得产物在N2气氛中500℃退火处理2h。步骤D：将步骤C获得产物在O2气氛中500℃处理2h，所获得样品标记为Co/CeO2-D-500（合成的催化剂中Co占催化剂总质量的20%,CeO2占催化剂总质量的80%）。实施例3步骤A：称取15.194g的六水合硝酸铈并加入100ml的去离子水配制成0.35mol/L硝酸铈水溶液，再加入7.408g硝酸钴，快速搅拌0.5h，然后将获得的溶液转移到40℃的油浴锅，在搅拌的条件下逐滴加入2mol/L的KOH沉淀剂至完全沉淀并老化1h，然后取出冷却至室温，再经过多次离心，120℃干燥24h，得到Co/CeO2。步骤B：将0.5gCo/CeO2复合型金属氧化物加入含多巴胺（1mg/mL）三羟甲基氨基甲烷缓冲液（100mL,pH=8.5）中搅拌24h。通过离心分离悬浮液，用去离子水洗涤三次，用乙醇洗涤一次，然后在40℃真空干燥12h。步骤C：将步骤B获得产物在N2气氛中600℃退火处理2h。步骤D：将步骤C获得产物在O2气氛中600℃处理2h，所获得样品标记为Co/CeO2-D-600（其中合成的催化剂中Co占催化剂总质量的20%,CeO2占催化剂总质量的80%）。对比例1步骤A：称取15.194g的六水合硝酸铈并加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co基氨合成催化剂，其特征在于：所述Co基氨合成催化剂为Co/CeO2，其中过渡金属元素Co的质量占催化剂总质量的10‑20%，CeO2的质量占催化剂总质量的80‑90%。

【技术特征摘要】
1.一种Co基氨合成催化剂，其特征在于：所述Co基氨合成催化剂为Co/CeO2，其中过渡金属元素Co的质量占催化剂总质量的10-20%，CeO2的质量占催化剂总质量的80-90%。2.如权利要求1所述的Co基氨合成催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)Co/CeO2的制备；(2)将Co/CeO2加入含多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，搅拌12-24h，通过离心、去离子水和乙醇洗涤数次，然后在40℃真空干燥8-12h；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀云，张天华，江莉龙，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35