一种用作合成氨催化剂的高效自负载型铁基纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效自负载型铁基纳米复合材料及其制备方法，该复合材料由多孔基底，负载于所述多孔基底上的碳包裹活性金属纳米颗粒，以及填充于所述多孔基底的孔道中的金属氧化物助剂组成，制备时以金属有机凝胶为前驱体在保护性气氛下高温煅烧得到。本发明专利技术的制备方法工艺简单、周期短、成本低廉、产量高，使用该制备方法得到的自负载型铁基纳米复合材料用作合成氨催化剂时具有高活性和热稳定性等优点，相比目前工业大量使用的熔铁催化剂性能有大幅提升。

A highly efficient self-supported iron-based nanocomposites for ammonia synthesis catalyst and its preparation method

The invention discloses an efficient and self loading iron based nano composite material and a preparation method thereof. The composite material is composed of a porous substrate, a carbon coated active metal nano particle loaded on the porous substrate, and a metal oxide auxiliary agent filled in the pore channel of the porous substrate. \u3002 The preparation method of the present invention has the advantages of simple process, short cycle, low cost and high yield. The self-supported iron-based nanocomposites prepared by the preparation method have the advantages of high activity and thermal stability when used as ammonia synthesis catalyst, and the performance of the fused iron catalysts widely used in industry has been greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种用作合成氨催化剂的高效自负载型铁基纳米复合材料及其制备方法
本专利技术属于合成氨
，具体涉及一种用作合成氨催化剂的高效自负载型铁基纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
合成氨工业作为化工产业的一大支柱产业，其同时也是一个高能耗、低产出的能源消耗型产业。尽管近一个世纪以来不断有新的催化剂配方被提出，目前工业上大规模使用的仍然是传统的“熔铁催化剂”，以氧化铝、氧化钾为助催化剂，其高温、高压的反应环境，对设备的苛刻要求以及低转化率成为了制约合成氨工业发展和节能减排的一大重要因素。纳米催化剂被誉为第四代催化剂，通过催化剂活性组分的纳米化来实现更加温和的反应条件、更高的转化率，提高材料的抗毒性和热稳定性，可谓是催化产业未来必然的发展趋势。目前，纳米催化剂具有制备工艺要求高，热稳定性差，影响性能的因素多，稳定性差等缺点，且当前研究主要集中于钌基催化剂，对工业直接应用的铁基催化剂研究较少，造成研究与产业化脱节的现状，限制了其在合成氨领域的应用。一般的负载型金属纳米催化剂通常涉及独立的纳米粒子和基底制备过程以及额外的负载过程，步骤多，操作难度大，且金属纳米粒子在基底上的分散与固定难以控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自负载型铁基纳米复合材料，其特征在于，该自负载型铁基纳米复合材料包括多孔基底、负载在所述多孔基底上的碳包裹活性金属纳米颗粒以及填充于所述多孔基底的孔道中的金属氧化物助剂；其中，所述碳包裹活性金属纳米颗粒为活性金属纳米颗粒的表面包裹有保护性碳层，该活性金属纳米颗粒为α相铁纳米颗粒或铁合金纳米颗粒，所述多孔基底为无定型多孔碳、无定型多孔氧化铝或两者的复合物。

【技术特征摘要】
1.一种自负载型铁基纳米复合材料，其特征在于，该自负载型铁基纳米复合材料包括多孔基底、负载在所述多孔基底上的碳包裹活性金属纳米颗粒以及填充于所述多孔基底的孔道中的金属氧化物助剂；其中，所述碳包裹活性金属纳米颗粒为活性金属纳米颗粒的表面包裹有保护性碳层，该活性金属纳米颗粒为α相铁纳米颗粒或铁合金纳米颗粒，所述多孔基底为无定型多孔碳、无定型多孔氧化铝或两者的复合物。2.根据权利要求1所述的自负载型铁基纳米复合材料，其特征在于，所述保护性碳层的厚度为2-20nm，所述碳包裹活性金属纳米颗粒的直径为5-200nm，所述自负载型铁基纳米复合材料中的铁元素质量百分比为30-60％，所述自负载型铁基纳米复合材料中的铝元素质量百分比为0-30％，所述自负载型铁基纳米复合材料的BET表面积为50-500m2/g。3.一种权利要求1或2所述的自负载型铁基纳米复合材料作为合成氨催化剂的用途。4.一种用于制备权利要求1或2所述的自负载型铁基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将铁盐溶于一份溶剂中以生成溶液A，将含氧多齿有机配体溶于另一份溶剂中以生成溶液B，将所述溶液A与溶液B在室温下混合，经加热和老化后分离剩余溶剂，得到含铁金属有机湿凝胶；(2)将所述含铁金属有机湿凝胶经过干燥后得到含铁金属有机干凝胶；(3)将所述含铁金属有机干凝胶在保护性气氛中高温煅烧，得到所述自负载型铁基纳米复合材料。5.一种用于制备权利要求1或2所述的自负载型铁基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将铁盐溶于一份溶剂中以生成溶液A，将含氧多齿有机配体溶于另一份溶剂中以生成溶液B，将所述溶液A与溶液B在室温下混合，经加热和老化后分离剩余溶剂，得到含铁金属有机湿凝胶；(2)将所述含铁金属有机湿凝胶经过干燥后得到含铁金属有机干凝胶；(3)将所述含铁金属有机干凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹如强，郭文翰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11