一种Cr-K改性铜铁复合氧化物及其制备方法和应用、二氧化碳加氢制低碳醇的方法技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域，提供了一种Cr

【技术实现步骤摘要】
一种Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物及其制备方法和应用、二氧化碳加氢制低碳醇的方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物及其制备方法和应用、二氧化碳加氢制低碳醇的方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)是温室气体的主要成分，其大量排放造成了严重的温室效应，进而引发了一系列环境问题，包括全球气候变化、冰川融化、海平面上升等。减少CO2的排放量、降低大气中CO2含量成为当前社会所面临的重要挑战。作为一种无毒且含量丰富的含碳资源，CO2也是重要的C1基础原材料，通过加氢反应，CO2可被催化转化为多种重要的化学品，如烯烃、芳烃、汽柴油和低碳醇等。在这其中，低碳醇(C
2+
OH)是重要的有机平台分子，可直接脱水形成烯烃，也可以作为环境友好的表面活性剂、洗涤剂或添加剂等。
[0003]CO2加氢制低碳醇过程复杂，涉及到C＝O键活化、C
‑
C键耦合、CO插入等多种基元反应，造成产物分布宽泛。如何有效提高低碳醇的选择性和时空产率是研究的难点。采用Pd、Pt、Ru或Rh等贵金属催化剂可以高选择性转化CO2制乙醇。但是，这些贵金属催化剂昂贵的价格限制了它们的规模化使用。CuFe基催化剂具有储量丰富、价格低廉的优势，在CuFe催化剂中引入Zn和Mg助剂可提高CO2加氢制低碳醇过程中的CO2转化率及低碳醇选择性和时空产率(X
CO2
＝30.4％,S
HA
＝15.7％,STY＝69.6mgg
cat
‑1h
‑1)(参见：ACS Catal.2020,10,14516
‑
14526；Mechanistic Aspects of the Role of K Promotion on Cu
‑
Fe
‑
Based Catalysts for Higher Alcohol Synthesis from CO2 Hydrogenation)。将助剂Zn和Mg替换成Zn和Cs之后，CO2转化率可进一步提升至36.6％，低碳醇选择性和时空产率分别为19.8％和1.47mmol g
cat
‑1h
‑1(参见：ACS Catal.2020,10,5250
‑
5260；Selective C
2+
Alcohol Synthesis from Direct CO2Hydrogenation over a Cs
‑
Promoted Cu
‑
Fe
‑
Zn Catalyst)。由此可见，进行助剂掺杂改性是提高CuFe基催化剂CO2加氢制低碳醇催化性能的有效手段。然而，上述催化剂催化下，低碳醇选择性和时空产率依然偏低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物及其制备方法和应用、二氧化碳加氢制低碳醇的方法。本专利技术提供的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物用于CO2加氢制低碳醇反应时，可有效提高CO2转化率以及低碳醇选择性和时空产率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种双功能复合金属氧化物催化剂，包括铜铁复合氧化物和负载在所述铜铁复合氧化物上的铬氧化物和钾氧化物。
[0007]优选的，所述铜铁复合氧化物中Cu和Fe的物质的量的比为(0.2～5)：1。
[0008]优选的，所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物中铬元素的负载量为0.5～5wt％，钾元素的负载量为0.5～4wt％。
[0009]本专利技术还提供了上述技术方案所述的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将水溶性铁盐、水溶性铜盐、水溶性铬盐、水溶性钾盐与水混合，得到复合金属离子盐溶液；
[0011]将所述复合金属离子盐溶液和复合剂混合，进行复合反应，得到Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物前驱体；所述复合剂包括沉淀剂或络合剂；
[0012]将所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物前驱体进行焙烧，得到所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物。
[0013]优选的，所述沉淀剂包括水溶性碳酸盐、水溶性碳酸氢盐和水溶性氢氧化物中的一种或多种；
[0014]所述络合剂包括葡萄糖、柠檬酸和氨基酸中的一种或多种；
[0015]所述复合金属离子盐溶液中金属离子的总物质的量和复合剂的物质的量的比为1：(0.5～5)。
[0016]优选的，所述复合反应的温度为60～90℃，时间为2～10h。
[0017]优选的，所述焙烧的温度为300～750℃，时间为3～10h。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物或上述技术方案所述的制备方法制备的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物在二氧化碳加氢制低碳醇中的应用。
[0019]本专利技术还提供了一种二氧化碳加氢制低碳醇的方法，包括以下步骤：
[0020]将Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物进行还原预处理，得到活化催化剂；所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物为上述技术方案所述的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物或上述技术方案所述的制备方法制备的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物；
[0021]在所述活化催化剂的作用下，将CO2与H2的混合气体进行加氢反应，得到低碳醇。
[0022]优选的，所述还原预处理的温度为300～500℃，时间为1～4h；
[0023]所述混合气体中H2和CO2的体积比为(1～8)：1；
[0024]所述混合气体的空速为800～60000mL/(g
cat
·
h)；
[0025]所述加氢反应的温度为260～400℃，时间为15～200h，压力为1～5MPa。
[0026]本专利技术提供了一种Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物，包括铜铁复合氧化物和负载在所述铜铁复合氧化物上的铬氧化物和钾氧化物。本专利技术提供的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物用于催化二氧化碳加氢制低碳醇时，以Cu
a
Fe
b
O
c
为主催化剂，主要进行CO2与H2活化形成低碳醇(C
2+
OH)，Cr和K是重要的助剂，其中Cr用于促进Cu和Fe之间强相互作用而减少碳化铁的生成，进而避免过多烃类产生，K的加入有效调节了Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物表面加氢活性，减少烷烃副产物的形成，从而提高CO2的转化率和低碳醇的选择性和时空产率。Cu
a
Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物，包括铜铁复合氧化物和负载在所述铜铁复合氧化物上的铬氧化物和钾氧化物。2.根据权利要求1所述的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物，其特征在于，所述铜铁复合氧化物中Cu和Fe的物质的量的比为(0.2～5)：1。3.根据权利要求1或2所述的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物，其特征在于，所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物中铬元素的负载量为0.5～5wt％，钾元素的负载量为0.5～4wt％。4.权利要求1～3任一项所述的Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物的制备方法，包括以下步骤：将水溶性铁盐、水溶性铜盐、水溶性铬盐、水溶性钾盐与水混合，得到复合金属离子盐溶液；将所述复合金属离子盐溶液和复合剂混合，进行复合反应，得到Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物前驱体；所述复合剂包括沉淀剂或络合剂；将所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物前驱体进行焙烧，得到所述Cr
‑
K改性铜铁复合氧化物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括水溶性碳酸盐、水溶性碳酸氢盐和水溶性氢氧化物中的一种或多种；所述络合剂包括葡萄糖、柠檬酸和氨基酸中的一种或多种；所述复合金属离子盐溶液中金属离子的总物质的量和复合剂的物质的量的比为1：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王森，张倩，樊卫斌，董梅，王建国，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：