一种由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂、制备方法及其应用，该催化剂是以具有水滑石层状结构的催化剂前体，经过焙烧和碳化得到的，该催化剂前体主要是由包含具有FeM的金属离子溶液和碱液经共沉淀法或水热法制得本发明专利技术的催化剂比表面积大、活性组分分布均匀、不易团聚和烧结，对于二氧化碳加氢制液体燃料具有较高的反应活性及烃类的选择性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种用于二氧化碳加氢制液体燃料的催化剂的制法及其应用，特别是涉及一种用于二氧化碳加氢制液体燃料的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂的制法及其应用。

技术介绍

[0002]二氧化碳排放量过高，导致了一系列环境问题。如温室效应、海洋酸雨、冰川融化等。为了解决这些问题，我们针对二氧化碳排放问题提出了一些解决办法，如收集之后并进行储存的方法，还有储存起来将其进行转化的方法。由于收集并储存的方法成本高且具有泄露的可能，所以我们认为将其转化的方法更加具有科学性。同时，我们也注意到我国的能源现状是富煤贫油少气的，我们对液体燃料的需求十分迫切。如果我们能将二氧化碳转化为液体燃料，必然对缓解二氧化碳排放量过大和能源枯竭问题有极大的作用。将二氧化碳转化为液体燃料的主要问题在于催化剂的开发问题。开发出高选择性、高活性、长寿命的催化剂及优化其工艺条件便显得十分重要。
[0003]水滑石，是一种天然存在的矿物，具有类似水镁石Mg(OH)2结构的层状阴离子无机材料，其骨架层由阳离子构成，阴离子嵌于层之间。其分子式一般为材料，其骨架层由阳离子构成，阴离子嵌于层之间。其分子式一般为其中,M
2+
是+2价的金属离子，M
3+
为+3价的金属离子，A为具有n负电荷的阴离子，x一般为0.2至0.5。水滑石因其具有特殊的层状结构，同时具备大量的碱性位点，能够大量吸附酸性二氧化碳分子。同时因为其独特的二价离子与三价离子相互紧密排列的特点，可以借助这种结构形成亲密度较高的多金属催化剂，有利于具有逆水煤气活性的金属和具有费托反应活性的金属进行紧密的结合，从而研究亲密度对具有逆水煤气活性的金属和具有费托反应活性的金属的多金属催化剂的二氧化碳加氢催化性能的影响。水滑石前驱体高温煅烧后会产生含铁尖晶石催化剂，含铁尖晶石催化剂的另一金属在空间结构上为四面体位置，稳定在氧化物晶格结构中，保持了金属的高分散度，避免了其快速烧结，还具有高的活性和稳定性。含铁尖晶石催化剂在碳化过程中有利于生成碳化铁(费托合成的活性相)，在二氧化碳加氢的催化过程中展现出优异的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于二氧化碳加氢制液体燃料的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂的制法及其应用。通过以水滑石为前体，制备得到的用于二氧化碳加氢制液体燃料的催化剂，具有活性位点分散均匀、不易团聚和烧结、反应活性高、比表面积大、反应条件温和、稳定性好、寿命长，且对C
5+
烃类选择性高等特点。
[0005]本专利技术的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，是将具有水滑石层状结构的催化剂前体，经过煅烧和碳化得到；该催化剂前体，主要是由包括具有下列通式(Ⅰ)的金属离子溶液和碱液经共沉淀反应所得；
[0006]FeM(Ⅰ)
[0007]其中，M选自M1、M2、M3中的至少一种；
[0008]M1为Cu
2+
、Fe
3+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
中的一种或多种离子；
[0009]M2为除Cu
2+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
外的二价金属离子；
[0010]M3为除Fe
3+
外的三价或四价金属离子；
[0011]Fe/M1的摩尔比为：1/0.05
‑
1/10，优选1/0.1
‑
1/3
[0012]Fe/M2的摩尔比为：1/0.05
‑
1/10，优选1/0.1
‑
1/6。
[0013]Fe/M3的摩尔比为：1/0.05
‑
1/10，优选1/0.1
‑
1/6。
[0014]所述碱液为Na或K的氢氧化物和碳酸物的混合溶液。
[0015]本专利技术还公开了一种由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂的制备方法，通过共沉淀法或水热法制备，包括步骤：
[0016]1)沉淀
[0017]按比例配制如权利要求1所述的FeM的金属盐溶液和碱液，两溶液在10
‑
80℃和PH值为4
‑
13进行共沉淀反应；
[0018]2)老化或水热
[0019]沉淀完毕后，在30
‑
80℃恒温老化3
‑
24小时，或将沉淀后的溶液移入聚四氟乙烯内衬中在30
‑
180℃下反应3
‑
24小时，洗涤至滤液PH值为中性，沉淀物滤饼；
[0020]3)干燥沉淀物滤饼
[0021]4)焙烧
[0022]将干燥的沉淀物滤饼，在空气气氛下，于500
‑
900℃下焙烧1
‑
6小时，得尖晶石催化剂；
[0023]5)碳化
[0024]将尖晶石催化剂在200
‑
500℃下用含碳气氛进行碳化处理2
‑
5小时，得催化剂。
[0025]所述共沉淀法，包括：并流共沉淀法、单滴共沉淀法。
[0026]所述步骤1)中，含FeM的金属盐溶液为含Fe和M的水溶性硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐或有机酸盐中的一种或多种，总金属离子浓度为0.2
‑
2mol/L；其中有机酸盐包括：甲酸盐、乙酸盐、乙酰丙酮盐、柠檬酸盐；
[0027]碱液为Na或K的氢氧化物和碳酸物的混合溶液，其中，氢氧化物和碳酸物的摩尔比为5
‑
1，总浓度为0.1
‑
5mol/L，金属盐溶液和碱液的体积用量比为0.1
‑
4；
[0028]步骤1)中的PH值，优选6
‑
11。
[0029]步骤4)中，焙烧温度优选500
‑
700℃。
[0030]步骤5)中，碳化温度优选200
‑
400℃。
[0031]再者，本专利技术还公开了一种用于二氧化碳加氢制液体燃料的水滑石基衍生的含铁尖晶石催化剂的应用，即该催化剂用于二氧化碳加氢制备液体燃料中，其中，催化反应条件为：催化反应的温度为150
‑
320℃，优选200
‑
320℃；H2和CO2总压为0.1
‑
13MPa，优选2
‑
7MPa；H2和CO2的摩尔比为0.1
‑
10，优选1
‑
3；空速为500
‑
50000h
‑1，优选1000
‑
10000h
‑1。
[0032]本专利技术催化剂前体具有水滑石结构，水滑石层板间插入的碳链增长活性元素和二氧化碳转化为一氧化碳的活性元素在焙烧时紧密结合在一起，在碳化过程中尖晶石的结构也有利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，其特征在于：所述催化剂是以具有水滑石结构的催化剂前体，经焙烧和碳化处理得到；所述的催化剂前体，主要是由包括具有下列通式(Ⅰ)的金属离子溶液和碱液经共沉淀法或水热法所得；FeM(Ⅰ)其中，M选自M1、M2、M3中的至少一种；M1为Cu
2+
、Fe
3+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
中的一种或多种离子；M2为除Cu
2+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
外的二价金属离子；M3为除Fe
3+
外的三价或四价金属离子；Fe/M1的摩尔比为：1/0.05
‑
1/10；Fe/M2的摩尔比为：1/0.05
‑
1/10；Fe/M3的摩尔比为：1/0.05
‑
1/10；所述碱液为Na或K的氢氧化物和碳酸物的混合溶液。2.根据权利要求1所述的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，其特征在于：所述M2包括：Mg
2+
、Mn
2+
、Zn
2+
中的一种或多种离子。3.根据权利要求1所述的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，其特征在于：所述M3包括：Al
3+
、Ti
3+
、Cr
3+
、Ce
3+
、La
3+
、Sn
4+
中的一种或多种离子。4.根据权利要求1所述的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，其特征在于：所述Fe/M1的摩尔比为1/0.1
‑
1/10。5.根据权利要求1所述的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，其特征在于：所述Fe/M2的摩尔比为1/0.1
‑
1/10。6.根据权利要求1所述的由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂，其特征在于：所述Fe/M3的摩尔比为1/0.1
‑
1/10。7.一种如权利要求1所述由水滑石衍生的含铁尖晶石催化剂的制备方法，其特征在于：通过采用共沉淀法或水热法制备，包括如下步骤：1)沉淀按比例配制如权利要求1所述的FeM的金属盐溶液和碱液，两溶液在10
‑
80...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，黄菊，刘建军，李治国，李达，魏宇学，薛照明，孙松，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：