单原子钴基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术具体涉及一种单原子钴基催化剂及其制备方法和在费托合成反应中的应用，该催化剂通过将超累积了钴的植物经过脱水处理和烧结处理得到。本发明专利技术的制备方法操作简单、原料来源广、成本低廉、易于工业化，制得的催化剂，活性组分钴呈单分散状态，在费托合成中不仅具有高活性，而且对甲烷的选择性降低，而重质烃的选择性高于其他催化剂。的选择性高于其他催化剂。

【技术实现步骤摘要】
单原子钴基催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂合成
，具体涉及一种单原子钴基催化剂及其制备方法和在费托合成反应中的应用。

技术介绍

[0002]我国因石油资源匮乏，目前60%左右的石油依赖进口。因此寻找石油的替代品对于我国具有特殊的意义。费托合成反应可将来源于煤炭、生物质和页岩气的合成气(CO/H2)转化为液体燃料和化学品，具有替代石油制备燃料和化学品的能力。
[0003]钴基催化剂因具有良好的加氢反应活性，较低的水煤气变换反应活性，相对低廉的价格，不易积炭中毒、使用寿命较长、碳链增长能力较高、产物中含氧化合物较少等优点，被认为是大规模合成重质烃最具竞争力的费托合成催化剂。
[0004]大量研究表明，钴的粒径对催化剂活性和选择性有显著影响。目前报道的钴基催化剂，活性组分的尺寸为几十至几百纳米，暴露的活性组分较少，且粒径分布较宽，不利于催化活性和选择性的提高。
[0005]单原子催化是多相催化领域的新概念，其原子分散的均一活性位可使金属原子利用率达到最大，有效降低催化剂成本；既有均相催化的活性位点一致且孤立的特点，又具有多相催化剂易分离及多次循环利用的特点。现有的单原子催化剂的制备方法很多，包括浸渍法，高速球磨法，ALD，光还原法等，但是大多步骤繁琐，不易实现工业化，并且由于单原子的能量高，在制备过程中容易发生团聚，很难达到原子的单层分布。
[0006]蚕豆，加丹加蒿莽草，诺氏蒿莽草具有以下的显著性能：钴的超累积性以及耐受性。该植物在地上部分（叶子和茎）中富集钴。这些植物累积钴的浓度是普通植物的100倍以上。而且，它能够在地上组织中提取并且富集钴，甚至是在钴浓度低的土壤中。除了它们对于Co
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的不寻常耐性，该超累积性植物能够提取金属并且将它们转移到地上部分，在那里它们变得富集。在可收获部分中的耐性/累积/富集的这三重性能使得它们成为合适的植物修复工具。
[0007]但是，这些植物的提取物作为催化剂的应用在之前还从未被描述过。如果能将钴累积到这些植物中，由于钴以螯合物形态存在于这些植物中，可以有效避免钴在后续的脱水和焙烧过程中发生团聚现象，从而实现原子的单层分布。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种单原子钴基催化剂及其制备方法和在费托合成反应中的应用，该催化剂由钴超累积性植物选择性吸收Co
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，使大量的Co
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进入植物地上部分和根部，Co
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进入植物内部富集之后，以螯合物离子形态存在，避免钴在后续的脱水和焙烧过程中发生团聚现象，从而实现原子的单层分布。该催化剂在费托合成中不仅具有高活性，而且对甲烷的选择性降低，而重质烃的选择性高于其他催化剂。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
一种单原子钴基催化剂的制备方法，包括如下步骤：将超累积了钴的植物经过脱水处理和烧结处理，得到单原子钴基催化剂。
[0010]优选地，所述单原子钴基催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：（1）筛选生长一致的钴超累积性植物幼苗，去离子水洗净放入培养箱中，在霍格兰氏营养液中培养10～20天，然后移栽到氯化钙溶液中培养1～2天，添加钴盐溶液继续培养2～7天，得到超累积了钴的植物壮苗；（2）将超累积了钴的植物壮苗在100～120℃下脱水完全（通过称重监测脱水进程，直到质量稳定），然后在700～900℃下烧结3～5h，冷却，得到单原子钴基催化剂。
[0011]优选地，步骤（1）中所述钴超累积性植物为蚕豆、加丹加蒿莽草、诺氏蒿莽草中的任意一种或几种。
[0012]优选地，步骤（1）中所述钴超累积性植物幼苗的生长条件为：相对湿度50～80%，光照强度5000～10000Lx，光照周期 6～12 h，25℃白天/20℃晚上，每天加1次去离子水来保持培养液的体积，每3天更换1次营养液。
[0013]优选地，步骤（1）中所述氯化钙溶液的浓度为200～300
µ
mol/L，pH为5～6。
[0014]优选地，步骤（1）中所述钴盐为钴的可溶性盐。
[0015]优选地，步骤（1）中所述钴盐溶液的浓度为0.1～0.5mmol/L。
[0016]优选地，步骤（2）中所述烧结的升温速度为1～5℃/min，烧结至700～900℃，保温1～5h。
[0017]根据上述方法制备的单原子钴基催化剂的应用，所述单原子钴基催化剂可用于费托合成反应中。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的催化剂，由钴超累积性植物选择性吸收Co
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，使大量的Co
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进入植物地上部分和根部，Co
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进入植物内部富集之后，以螯合物离子形态存在，避免钴在后续的脱水和焙烧过程中发生团聚现象，从而实现原子的单层分布。同时本专利技术的制备方法操作简单、原料来源广、成本低廉、易于工业化，制得的催化剂在费托合成中不仅具有高活性，而且对甲烷的选择性降低，而重质烃的选择性高于其他催化剂。
实施方式
[0019]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细地说明。
[0020]本专利技术的单原子钴基催化剂，通过以下方法制备得到：将超累积了钴的植物经过脱水处理和烧结处理，得到单原子钴基催化剂。
[0021]优选地，单原子钴基催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：（1）筛选生长一致的钴超累积性植物幼苗，去离子水洗净放入培养箱中，在霍格兰氏营养液中培养10～20天，然后移栽到氯化钙溶液中培养1～2天，添加钴盐溶液继续培养2～7天，得到超累积了钴的植物壮苗；（2）将超累积了钴的植物壮苗在100～120℃下脱水完全（通过称重监测脱水进程，直到质量稳定），然后在700～900℃下烧结3～5h，冷却，得到单原子钴基催化剂。
[0022]优选地，步骤（1）中钴超累积性植物为蚕豆、加丹加蒿莽草、诺氏蒿莽草中的任意一种或几种。
[0023]优选地，步骤（1）中钴超累积性植物幼苗的生长条件为：相对湿度50～80%，光照强度5000～10000Lx，光照周期 6～12 h，25℃白天/20℃晚上，每天加1次去离子水来保持培养液的体积，每3天更换1次营养液。
[0024]优选地，步骤（1）中氯化钙溶液的浓度为200～300
µ
mol/L，pH为5～6。
[0025]优选地，步骤（1）中钴盐为钴的可溶性盐，例如可以是CoSO4、Co(NO3)2中的任意一种或两种。
[0026]优选地，步骤（1）中钴盐溶液的浓度为0.1～0.5mmol/L。
[0027]优选地，步骤（2）中烧结的升温速度为1～5℃/min，烧结至700～900℃，保温1～5h。
[0028]根据上述方法制备的单原子钴基催化剂的应用，单原子钴基催化剂可用于费托合成反应中。
[0029]上述催化剂的性能评价在内径为1.2cm的固定床反应器上进行。从钢瓶中出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单原子钴基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将超累积了钴的植物经过脱水处理和烧结处理，得到单原子钴基催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：（1）筛选生长一致的钴超累积性植物幼苗，去离子水洗净放入培养箱中，在霍格兰氏营养液中培养10～20天，然后移栽到氯化钙溶液中培养1～2天，添加钴盐溶液继续培养2～7天，得到超累积了钴的植物壮苗；（2）将超累积了钴的植物壮苗在100～120℃下脱水完全，然后在700～900℃下烧结3～5h，冷却，得到单原子钴基催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钴超累积性植物为蚕豆、加丹加蒿莽草、诺氏蒿莽草中的任意一种或几种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钴超累积性植物幼苗的生长条件为：相对湿度50～80%，光照强度5000～10000Lx，光照...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志林，黄翟，
申请(专利权)人：北京氦舶新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：