改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)取一定量尿素溶于去离子水中，充分混合得到混合物A，将混合物A高温煅烧得到g

【技术实现步骤摘要】
改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及费托合成催化剂
，具体涉及一种改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]在20世纪20年代早期，通过费托合成(Fischer
–
Tropsch synthesis,FTS)，实现了在多相Fe/ZnO和Co/Cr2O3催化剂上通过CO与H2的反应形成烃的混合物。这是费托合成在工业中的最初应用，在该催化剂体系中，合成气(H2/CO)被转化为低碳烃或高碳液态碳氢化合物。后来通过调节工艺条件及设计新型催化剂可以制备高附加值的低碳烯烃和柴油、航空煤油等液体燃料。近年来，经FT路线一步法制备低碳烯烃(C
2＝
‑
C
4＝
)、线性α
‑
烯烃(LAOs)和含氧化合物成为C1化学重要的研究领域之一。低碳烯烃和线性α
‑
烯烃是费托主要初级产物也是重要的化工基础原料，用途广泛，但受Anderson
‑
Schulz
‑
Flory(ASF)产物分布的影响，需要进一步调控产物分布，降低CH4、CO2等副产物生成，提高烯烃选择性。所以，高效催化剂的研发是关键。
[0003]费托合成产物分布调控是技术难点。费托合成反应主要生成烷、烯等烃类物质，还有少量低碳醇、醛等副产物生成；反应过程强放热，导致甲烷化、积碳等副反应发生；反应过程中H2O的生成，促进水煤气反应(Water gas shift,WGS)，导致大量CO2生成，同时受A
‑
S
‑
F分布影响，产物组成复杂。通过新型催化剂设计和工艺参数调变可实现产物分布的有效调控，负载型催化剂可在一定程度上可有效降低热效应、副反应等对产物分布的影响，同时对产物选择性有很好的调变作用。载体的选择是关键，特别是一些碳基类载体，其具有丰富的表面基团、易改性，在调变产物分布中发挥重要作用。
[0004]氮化碳(g
‑
C3N4)作为具有二维结构的新型聚合物半导体材料，因其优异的特性而被广泛的应用于光催化中，其原料价格低廉，制备方法简单，具有较大的比表面积，是理想的载体材料。国内外有实验用纤维素表面改性Fe3O4，提高Fe3O4的亲水性，将线性α
‑
烯烃的选择性从5.00％提升到61.50％；也有研究者用P改性Al2O3载体，浸渍Co后，催化剂Co/P
‑
Al2O3表现出较高的活性和稳定性，CO转化率从22.50％提升到40.60％，C
5+
烃类选择性从73.70％提升到80.20％。研究者们通过对材料表面改性，极大的丰富了材料表面的基团，提升催化剂的性能，可以有效、有目的的调控产物的分布。而g
‑
C3N4负载的铁基催化剂虽然CO转化率有71.00％，但是其C1副产物(CH4、CO2)选择性较高，并且烯烃选择性较低。
[0005]总体上说，将Fe负载于g
‑
C3N4的表面可以形成F
‑
T合成活性相g
‑
C3N4复合物，但是由于其与金属间的作用很强，负载Fe后经费托反应评价虽具有较高的活性但是CH4、CO2选择性较高，低碳烯烃选择性低，产物分布情况不理想。因此，有必要设计一种新的改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种改性氮化碳负载铁的费托合
成催化剂的制备方法及其应用，有效提高铁组分在催化剂表面的分散性，从而提高CO的转化率，并且同时降低C1副产物的选择性和提高低碳烯烃的选择性。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]本专利技术提供一种改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)取一定量尿素溶于去离子水中，充分混合得到混合物A，将混合物A放入马弗炉中高温煅烧，得到g
‑
C3N4；
[0010](2)取一定量步骤(1)得到的g
‑
C3N4加入到双氧水中，充分搅拌后，离心分离干燥得到双氧水改性的g
‑
C3N4，记作B；
[0011](3)将B和尿素按照一定质量比加入到去离子水中，放入反应釜中高温处理，处理完成进行离心、干燥，得到改性的氮化碳载体，记作C；
[0012](4)将C和Fe(NO3)3·
9H2O按照一定质量比一同加入到乙醇中混合，超声后搅拌得到混合物，继续干燥、煅烧，得到催化剂；
[0013]所得催化剂中活性组分Fe和载体g
‑
C3N4的质量比为0.25～0.5。
[0014]进一步地，步骤(1)中，尿素5
‑
20g，去离子水2
‑
30mL，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为1～3h。
[0015]进一步地，步骤(2)中，g
‑
C3N4的质量为2
‑
4g，双氧水100
‑
200mL。
[0016]进一步地，步骤(2)中，用去离子水离心4～5次，干燥温度60～80℃，干燥时间12～16h。
[0017]进一步地，步骤(3)中，尿素和B的质量比为4～9，去离子水200
‑
400mL，B的质量为1～4g。
[0018]进一步地，步骤(3)中，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜，反应釜中温度为150～200℃，反应时间为2～6h。
[0019]进一步地，步骤(4)中，Fe(NO3)3·
9H2O和C的质量比为1.81
‑
3.61，C的质量为1～3g，50
‑
150mL乙醇。
[0020]进一步地，步骤(4)中，超声时间为10
‑
20min，搅拌时间为12
‑
16h。
[0021]进一步地，步骤(4)中，干燥温度为80～90℃，干燥时间为2～4h，煅烧温度为300～500℃，保温时间3～6h。
[0022]本专利技术还提供通过上述制备方法制成的改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂在费托合成中的应用，可以提高CO转化率，在产物分布上，降低C1副产物(CH4、CO2)的选择性，提高低碳烯烃(C
2＝
‑
C
4＝
)的选择性。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术由尿素加水直接煅烧的负载型催化剂具有较大比表面积，有助于活性组分分散，活性组分负载量高，提高FTS催化活性；
[0025]2、本专利技术通过两步表面改性，可以有效调控产物分布；
[0026]3、本专利技术催化剂用于费托反应，反应条件温和，在280℃反应时CO转化率可达68.03％～76.62％，CH4选择性和CO2选择性均在较低值，低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取一定量尿素溶于去离子水中，充分混合得到混合物A，将混合物A放入马弗炉中高温煅烧，得到g
‑
C3N4；(2)取一定量步骤(1)得到的g
‑
C3N4加入到双氧水中，充分搅拌后，离心分离干燥得到双氧水改性的g
‑
C3N4，记作B；(3)将B和尿素按照一定质量比加入到去离子水中，放入反应釜中高温处理，处理完成进行离心、干燥，得到改性的氮化碳载体，记作C；(4)将C和Fe(NO3)3·
9H2O按照一定质量比一同加入到乙醇中混合，超声后搅拌得到混合物，继续干燥、煅烧，得到催化剂；所得催化剂中活性组分Fe和载体g
‑
C3N4的质量比为0.25～0.5。2.如权利要求1所述的改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，尿素5
‑
20g，去离子水2
‑
30mL，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为1～3h。3.如权利要求1所述的改性氮化碳负载铁的费托合成催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，g
‑
C3N4的质量为2
‑
4g，双氧水100
‑
200mL。4.如权利要求3所述的改性氮化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建利，孙禹，高新华，赵天生，马清祥，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：