一种热催化CO2还原的Pt单原子催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种热催化CO2还原的Pt单原子催化剂的制备方法及应用，实现了逆水汽变换反应的高选择性与高稳定性。本发明专利技术使用六水硝酸锌和九水硝酸铝为原料，通过共沉淀法制备Zn2Al1‑

【技术实现步骤摘要】
一种热催化CO2还原的Pt单原子催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种高温稳定的负载型贵金属催化剂及其制备方法，具体地说是单原子Pt基催化剂的制备及其在逆水汽变换反应中的应用。

技术介绍

[0002]随着全球人口的增长以及工业化进程的加快，自上世纪以来，全球二氧化碳的排放量急剧上升。二氧化碳的大量排放引起的海水酸化、气候变暖等环境问题日益严重，成为亟待解决的社会问题之一。对于CO2资源化利用的研究，无疑为解决能源问题和减少CO2的排放提供了重大的理论价值和现实需求。逆水煤气变换反应(RWGS)是实现CO2资源化利用最为有效途径之一。通过该反应生产CO的路线可能是替代传统煤化工制合成气的最佳方案，有望成为未来发展绿色煤化工技术的基础。
[0003]非贵金属催化剂在应用于RWGS反应中存在高温稳定性差、易烧结失活等现象。虽然通过添加碱性金属、过渡金属等作为电子性助剂和结构性助剂可以一定程度上抑制催化剂失活，但因其高温稳定性较差、寿命时间短而无法达到工业化应用要求。2012年，研究人员使用1％负载量的Pt/TiO2和Pt/Al2O3进行逆水汽变换反应，证明Pt能催化水汽变换的催化剂也能催化其逆反应，优点是选择性较高，但转化率低，鉴于上述不足，一种稳定性和产物选择性均较高的Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂及其制备方法是目前行业内急需的。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的稳定性差和活性低的问题，本专利技术提供一种高稳定性的Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂的制备方法，以及将其应用于逆水汽变换反应中。本专利技术是通过如下技术手段实现的：
[0005]本专利技术公开了一种Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂的制备方法，具体步骤如下：
[0006](1)去离子水配置可溶锌盐和可溶铝盐的混合溶液，然后超声分散，得第一溶液；
[0007](2)去离子水配置氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液，然后超声分散，得第二溶液；
[0008](3)将第一溶液与第二溶液加入到三颈烧瓶中，在85℃下以一定转速进行搅拌、洗涤、干燥、研磨，得到Zn2Al1‑
LDHs催化剂前体，即第三产物；
[0009](4)第三产物焙烧，即得Zn2Al1‑
MMO催化剂；
[0010](5)称取所需量的活性组分Pt前驱体溶液于烧杯中，加去离子水配制成第三溶液，称取步骤(4)中所得的催化剂载体Zn2Al1‑
MMO，向其中添加配好的第三溶液，搅拌4h，干燥，研磨得第四产物；
[0011](6)第四产物经高温焙烧，得Pt/Zn2Al1‑
MMO混合氧化物催化剂。
[0012]进一步地，步骤(1)所述Zn盐选自硝酸锌、氯化锌中任意一种。
[0013]进一步地，步骤(1)所述Al盐选自硝酸铝、氯化铝中的任意一种。
[0014]进一步地，步骤(1)所述超声分散时间为30min。
[0015]进一步地，步骤(2)所述碳酸钠的摩尔量是第一溶液中铝离子总摩尔量的2倍。
[0016]进一步地，步骤(2)所述氢氧化钠的摩尔量是第一溶液中阳离子总摩尔量的1.6倍。
[0017]进一步地，步骤(2)所述超声分散时间为30min。
[0018]进一步地，步骤(3)所述搅拌时间为24h。
[0019]进一步地，步骤(4)所述焙烧条件为空气气氛下，500℃焙烧4h。
[0020]进一步地，步骤(5)所用Pt前驱体溶液为H2PtCl
6*
6H2O，PtCl4，Pt(NO3)2中任意一种，浓度为5
‑
100mgmL
‑1。
[0021]进一步地，步骤(6)所述焙烧条件为空气气氛下，400
‑
1200℃焙烧1
‑
4h。
[0022]本专利技术还公开了一种根据上述任一制备方法制得的Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂。
[0023]本专利技术还公开了一种上述Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂在逆水汽变换反应过程中的应用。
[0024]进一步地，所述逆水汽变换反应的条件为：
[0025]常压条件下，逆水煤气变换反应评价装置为固定床反应器；
[0026]原料气体包括：体积分数为20％的二氧化碳、60％的氢气、20％的氮气，催化剂装填量为0.01
‑
1000g；反应温度为100
‑
1000℃，空速为3000
‑
2000000mL
·
g
‑1·
h
‑1。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028]采用本专利技术制备出的Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂，通过铂单原子活性位点，提高了一氧化碳选择性，提高了二氧化碳转化率。因此在逆水汽变换反应中表现出良好的催化性能，在600℃，二氧化碳转化率高于50％，一氧化碳选择性高达96％～99％，而且在高空速下反应12h转化率可达50％。与现有技术相比，本专利技术提供的逆水汽变换反应催化剂优异，具有合成方法简单，生产成本低的优势。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例3所得的3％Pt/Zn2Al1‑
MMO单原子催化剂的高分辨电镜照片。
[0030]图2是本专利技术实施例3所得的3％Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂的扩展边X射线吸收精细结构。
[0031]图3是本专利技术实施例1，例2，例3所得的催化剂的对比性能图。
[0032]图4是本专利技术实施例3所得的3％Pt/Zn2Al1‑
MMO单原子催化剂的性能图。
[0033]图5是本专利技术实施例3所得的3％Pt/Zn2Al1‑
MMO单原子催化剂高空速条件下的稳定性能测试图。
具体实施方式
[0034]为了使本
的人员更好地理解本专利技术技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术一种Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂的制备方法的技术方案。
[0035]实施例1
[0036]一种0.5％Pt/Zn2Al1‑
MMO催化剂的制备方法，具体步骤如下：
[0037]首先用60mL去离子水加入0.3mol硝酸锌盐、0.1mol硝酸铝盐混合溶液搅拌30分钟，用60mL去离子水配置1.6倍阳离子总摩尔量的氢氧化钠与2倍三价阳离子摩尔量的碳酸钠混合溶液搅拌30分钟；三颈烧瓶中加入60mL去离子水，将两混合溶液分别转移至恒压低液漏斗，滴入至三颈烧瓶中，在85℃下搅拌24h，得到Zn2Al1‑
LDHs催化剂前体；所得产物经洗
涤、干燥、研磨后，在马弗炉中以5℃min
‑1升温至500℃，焙烧4h，得到Zn2Al1‑
MMO产物，取300mgZn2Al1‑
MMO粉末于5mL单口烧瓶中，从5mgmL
‑1的H2PtCl
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热催化CO2还原的Pt单原子催化剂的制备方法，包括：(1)去离子水配置可溶锌盐和可溶铝盐的混合溶液，然后超声分散，得第一溶液；(2)去离子水配置氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液，然后超声分散，得第二溶液；(3)将第一溶液与第二溶液分别转移至恒压低液漏斗，同时滴入三颈烧瓶中，在85℃下进行搅拌、再洗涤、干燥、研磨，得第三产物；(4)第三产物经过焙烧，得到Zn2Al1‑
MMO催化剂；(5)称取活性组分Pt前驱体溶液于烧杯中，加去离子水配制成第三溶液，称取Zn2Al1‑
MMO催化剂，向其中滴入第三溶液，搅拌4h，干燥，得第四产物；(6)第四产物经高温焙烧，即得Pt/Zn2Al1‑
MMO混合氧化物催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中：步骤(1)所述Zn盐选自硝酸锌、氯化锌中任意一种；所述Al盐选自硝酸铝、氯化铝中的任意一种；所述超声分散时间为30min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中：步骤(2)所述碳酸钠的摩尔量是第一溶液中铝离子总摩尔量的2倍；所述氢氧化钠的摩尔量是第一溶液中阳离子总摩尔量的1.6倍；所述超声分散时间为30min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中：步骤(3)所述搅拌时间为24h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中：步骤(4)所述焙烧条件为：空...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，武沙莎，王以谢，薛振，付玉静，陈娟，董猛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：