一种钴基氮化钒合成氨催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及合成氨催化剂技术领域，尤其涉及一种钴基氮化钒合成氨催化剂及其制备方法和应用。将氮化钒进行球磨并将球磨后的氮化钒与乙酰丙酮钴在有机溶剂中混合，经过一段时间搅拌后去除有机溶剂即得乙酰丙酮钴/氮化钒。在氢气氛围中对乙酰丙酮钴/氮化钒加热，得到钴基氮化钒合成氨催化剂Co/VN。该方法制得的催化剂Co/VN可有效降低合成氨过程所需的活化能，降低反应能垒。降低反应能垒。降低反应能垒。

【技术实现步骤摘要】
一种钴基氮化钒合成氨催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及合成氨催化剂
，尤其涉及一种钴基氮化钒合成氨催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]合成氨主要依赖于能量密集型的工业Haber
‑
Bosch工艺，其过程需在高温高压下进行，并且具有较强的可逆反应性质。目前，通常认为N2的解离
‑
吸附过程是整个合成氨动力学中的速率控制步骤。N2作为最稳定的双原子分子，其键能高达945kJ/mol，合成氨催化剂的首要任务就是在最大程度上降低N2活化需要的能量。传统的工业Haber
‑
Bosch工艺利用Fe基催化剂使得整个合成氨反应的活化能降低至约为140kJ/mol。
[0003]制备一种可以进一步降低合成氨过程所需活化能的催化剂，使氨合成变得更为简便，仍是合成氨催化剂领域不断奋斗的目标。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种钴基氮化钒合成氨催化剂及其制备方法和应用，该方法制得的钴基氮化钒合成氨催化剂可大大降低合成氨过程的反应能垒。
[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]一种钴基氮化钒合成氨催化剂的制备方法，包含以下步骤：
[0007]步骤1)：对氮化钒进行球磨；
[0008]步骤2)：将乙酰丙酮钴与步骤1)中球磨后的氮化钒及有机溶剂混合；
[0009]步骤3)：去除步骤2)所得混合物中的有机溶剂，得到乙酰丙酮钴/氮化钒；r/>[0010]步骤4)：在氢气氛围中，对步骤3)得到的乙酰丙酮钴/氮化钒进行热处理，得到钴基氮化钒合成氨催化剂。
[0011]可选地，步骤2)中所述乙酰丙酮钴与氮化钒的质量比为1：30～60；
[0012]所述有机溶剂包含甲醇；
[0013]步骤2)所述混合过程为以40～60r/min的速率搅拌2～6h。
[0014]可选地，步骤1)所述球磨过程的转速为400～800r/min，球磨时间为12～36h。
[0015]可选地，步骤3)所述去除有机溶剂具体为在0～
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0.1MPa，35～55℃下蒸发溶剂。
[0016]可选地，步骤4)所述热处理过程氢气流速为70～120mL/min，加热的温度为300～500℃，加热的时间为2～5h。
[0017]本专利技术提供了所述制备方法制得的钴基氮化钒合成氨催化剂。
[0018]本专利技术还提供了所述钴基氮化钒合成氨催化剂在催化合成氨方面的应用，所述合成氨过程的压力为3～7MPa，温度为450～550℃，氢气与氮气的体积比为2～4：1，氢气与氮气组成的混合气体的流速为40～80mL/min。
[0019]可选地，合成氨过程钴基氮化钒合成氨催化剂的使用量为150～300mg。
[0020]催化剂活性的大小主要是由它的结构决定，不同方法制备的催化剂结构不同，活
性差别较大。
[0021]本专利技术通过浸渍法将活性组分钴负载在载体VN上制得Co/VN。即，将含有活性组分钴的乙酰丙酮钴与催化剂载体VN在有机溶剂甲醇中混合，乙酰丙酮钴在甲醇中扩散，并逐渐被载体VN吸附，去除溶剂后，即可得到乙酰丙酮钴/氮化钒，再经过煅烧还原得到Co/VN。在这一过程中，溶剂使用量不会对乙酰丙酮钴/氮化钒的结构产生影响。在合成氨催化剂Co/VN中，钴和VN都是催化活性中心，与只有一个催化中心的VN或钴相比，Co/VN有两个催化中心，因此可以极大地降低反应活化能。
[0022]将这种制备方法制得的催化剂Co/VN用于合成氨工艺，可以降低合成氨过程的反应能垒，使合成氨过程需要的活化能降低。
附图说明
[0023]图1为实施例1制得的钴基氮化钒合成氨催化剂Co/VN催化合成氨时的反应速率；
[0024]图2为实施例1制得的钴基氮化钒合成氨催化剂Co/VN催化合成氨过程的反应活化能。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种钴基氮化钒合成氨催化剂的制备方法，包含以下步骤：
[0026]步骤1)：对氮化钒进行球磨；
[0027]步骤2)：将乙酰丙酮钴与步骤1)中球磨后的氮化钒及有机溶剂混合；
[0028]步骤3)：去除步骤2)所得混合物中的有机溶剂，得到乙酰丙酮钴/氮化钒；
[0029]步骤4)：在氢气氛围中，对步骤3)得到的乙酰丙酮钴/氮化钒进行热处理，得到钴基氮化钒合成氨催化剂。
[0030]在本专利技术中，步骤1)所述球磨过程的转速为400～800r/min，优选为450～750r/min，进一步优选为500～700r/min，更进一步优选为550～650r/min；球磨时间为12～36h，优选为15～32h，进一步优选为18～30h，更进一步优选为21～28h。
[0031]在本专利技术中，步骤2)中所述乙酰丙酮钴与氮化钒的质量比为1：30～60，优选为1：35～55，进一步优选为1：40～50，更进一步优选为1：42～46；
[0032]所述有机溶剂包含甲醇；
[0033]步骤2)所述混合过程为以40～60r/min，优选为42～58r/min，进一步优选为45～55r/min的速率搅拌2～6h，优选为2.5～5.5h，进一步优选为3～5h，更进一步优选为2.5～4.5h。
[0034]在本专利技术中，步骤3)所述去除有机溶剂具体为在0～
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0.1MPa，优选为
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0.01～
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0.08MPa，进一步优选为
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0.03～
‑
0.06MPa，更进一步优选为
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0.04～
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0.06MPa；35～55℃，优选为38～52℃，进一步优选为40～50℃，更进一步优选为42～48℃下蒸发溶剂。
[0035]在本专利技术中，步骤4)所述热处理过程氢气流速为70～120mL/min，优选为75～110mL/min，进一步优选为80～105mL/min，更进一步优选为85～100mL/min；加热的温度为300～500℃，优选为320～480℃，进一步优选为360～470℃，更进一步优选为380～420℃；加热的时间为2～5h，优选为2.5～4.5h，进一步优选为3～4h，更进一步优选为3.5h。
[0036]在本专利技术中，步骤4)热处理后自然冷却降温。
[0037]本专利技术提供了所述制备方法制得的钴基氮化钒合成氨催化剂。
[0038]本专利技术还提供了所述钴基氮化钒合成氨催化剂在催化合成氨方面的应用，所述合成氨过程的压力为3～7MPa，优选为4～6MPa，进一步优选为5MPa；温度为450～550℃，优选为460～530℃，进一步优选为480～520℃，更进一步优选为500℃；氢气与氮气的体积比为2～4：1，优选为2.2～3.8：1，进一步优选为2.4～3.5：1，更进一步优选为2.8～3.2：1；氢气与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴基氮化钒合成氨催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)：对氮化钒进行球磨；步骤2)：将乙酰丙酮钴与步骤1)中球磨后的氮化钒及有机溶剂混合；步骤3)：去除步骤2)所得混合物中的有机溶剂，得到乙酰丙酮钴/氮化钒；步骤4)：在氢气氛围中，对步骤3)得到的乙酰丙酮钴/氮化钒进行热处理，得到钴基氮化钒合成氨催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述乙酰丙酮钴与氮化钒的质量比为1：30～60；所述有机溶剂包含甲醇；步骤2)所述混合过程为以40～60r/min的速率搅拌2～6h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述球磨过程的转速为400～800r/min，球磨时间为12～36h。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明红，陈文倩，唐亚，雷波，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：