一种研磨-微波快速合成含石墨碳氮结构负载型金属催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种研磨

【技术实现步骤摘要】
一种研磨
‑
微波快速合成含石墨碳氮结构负载型金属催化剂的制备方法及应用


：
[0001]本专利技术涉及一种合成气制备轻质烃类催化剂体系及其应用，属于合成气转化

。

技术介绍

：
[0002]能源是社会文明进步的动力，关系着国民生产
。
我国是世界上最大的能源消费国，严重依赖化石能源，但是面临着多煤少油的分布不均局面
。
近年来寻找能源替代，发展煤制烃产业，对于缓解我国对国外能源的依赖，推动能源高效
、
低碳利用有着重要的意义
。
费托合成是以合成气为原料在催化剂和一定条件下合成烃类的技术，可以将煤和天然气等转化为无硫，无氮，高纯度的费托合成油，具有良好的应用前景
。
[0003]费托催化剂是费托反应的核心，铁基催化剂是常见的非贵金属费托催化剂
。
目前常见的活性金属与载体的负载结合通常采用水热
、
煅烧等热处理方法，热处理下催化剂容易烧结聚集，形成难以还原的氧化物物种，降低催化剂还原碳化的能力
。
微波加热具有加热速度快
、
能量利用率高
、
加热均匀的特点，微波加热还有助于金属在载体表面的分散
。
材料在微波存在的情况下加热的能力取决于其与场的电和磁分量相互作用的性质，许多费托催化剂的载体对微波吸收性能较差，因而目前研究的微波费托催化剂较少
。
[0004]石墨氮化碳纳米片r/>(g
‑
C3N
4 nanosheet)
是一种近似石墨烯的平面二维片层结构，其碳氮结构含有丰富的离域电子，对微波有较好的吸收能力
。
通过酸处理和电子助剂的添加能够有效调控活性金属电子环境，改善催化性能
。
合理设计微波合成氮化碳载体的负载型金属催化剂，能有效提高催化剂的催化性能
。

技术实现思路

：
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种研磨
‑
微波快速合成石墨氮化碳载体催化剂的制备方法及其在二氧化碳加氢反应中的应用
。
通过水热氮化碳载体快速合成催化剂载体，制备缺陷结构促进反应活性相的生成，通过研磨
‑
微波将金属与助剂与载体相结合，缩短催化剂制备时间，促进金属与助剂的分散
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种研磨
‑
微波快速合成石墨氮化碳载体的负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
[0008]步骤1，称取一定量含氮试剂使用马弗炉中烧制成块状石墨氮化碳，研磨细腻后溶解于稀硝酸溶液中水热处理，离心洗涤干燥后获得片状石墨氮化碳
。
[0009]步骤2，将金属盐
、
助剂与
g
‑
C3N4共同研磨，获得催化剂前驱体
。
[0010]步骤3，将催化剂前驱体在氮气保护中微波加热，获得负载型催化剂
。
[0011]所述的含氮试剂为尿素
、
三聚氰胺
、
氰胺和硫脲
。
[0012]所述的石墨氮化碳烧制时氮试剂使用量为每
50mL
坩埚加入
3g
～
10g
，马弗炉升温
速率为
2.3
～
10℃/min
，保温温度为
500
～
550℃
，保温时间为2～
4h。
[0013]所述的氮化碳水热处理方法为每
100mL
水热釜加入块状石墨氮化碳粉末
0.2
～
2g
，加入稀硝酸
60mL
，浓度为
0.2
～
2mol/L。
水热保温温度为
150
～
180℃
，保温时间为2～
5h。
[0014]所述的水热处理后产物离心转速为
9000rpm
，时间为
5min。
洗涤使用乙醇和水交替洗涤3～6次，使用真空干燥箱干燥
。
[0015]所述的金属盐为硝酸铁
、
醋酸铁
、
氯化铁
、
硫酸铁
、
氯化亚铁中的一种或两种以上，金属负载量介于1％～
30
％；助剂为硝酸钾，碳酸钾，碳酸钠一种或两种以上，助剂含量为
0.1
％～5％
。
[0016]所述的微波反应器加热功率为
600
～
1200
瓦，加热时间为
10
～
60
秒
。
[0017]所述的催化剂应用于二氧化碳加氢中进行费托合成
。
[0018]所述的催化剂体系在使用前需要在纯氢或含氢的混合气中进行还原
。
其中，还原温度为
300
～
500℃
，还原压力为0～
2MPa
，还原空速
500
～
50000mL/g/h
；还原时间1～
48
小时
。
[0019]所述的催化剂体系的反应条件为合成气中氢气与二氧化碳的摩尔比例为
0.5
‑5；反应温度为
150
‑
400℃
；反应压力
0.1
‑
5MPa
；反应空速为
500
‑
100000mL/g/h。
[0020]本专利技术有益的技术效果为：
[0021](1)
本专利技术使用研磨
‑
微波法制备铁剂催化剂能够避免催化剂经过长时间的高温处理，降低催化剂的烧结和聚集，有助于金属物种的均匀分散，并且微波加热快速处理能够较快的缩短催化剂的制备周期
。
[0022](2)
本专利技术制备的合成高碳烃类催化体系具有较高的二氧化碳转化率，高的高碳烃类选择性
。
[0023](3)
本专利技术制备的催化剂合成方法相对简单，机械强度较高，具有广阔的工业化应用背景
。
[0024]说明书附图：
[0025]图1为本专利技术催化剂制备以及工艺过程
。
[0026]图2为反应前催化剂的
SEM
图片
。
具体实施方式
：
[0027]本专利技术技术细节通过下述实施例做详细的说明，本专利技术的保护范围不受下列实施例限制
。
[0028]称取一定量含含氮试剂置于
50mL
氧化铝坩埚中，将其于马弗炉中以
5℃/min...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种研磨
‑
微波快速合成石墨氮化碳载体的负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，称取一定量含氮试剂使用马弗炉烧制成块状石墨氮化碳，研磨细腻后在稀硝酸溶液中水热处理，离心洗涤干燥后获得片状石墨氮化碳；步骤2，将金属盐
、
助剂与片状氮化碳共同研磨，获得催化剂前驱体；步骤3，将催化剂前驱体在氮气保护中微波加热，获得负载型催化剂
。2.
根据权利要求1所述的微波快速合成负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中的含氮试剂为尿素
、
三聚氰胺
、
氰胺
、
硫脲中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的研磨
‑
微波快速合成石墨氮化碳载体的负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中石墨氮化碳烧制时含氮试剂使用量为每
50mL
坩埚加入
3g
～
10g
，马弗炉升温速率为2～
10℃/min
，保温温度为
500
～
550℃
，保温时间为2～
4h。4.
据权利要求1所述的研磨
‑
微波快速合成石墨氮化碳载体的负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中水热处理每
100mL
水热釜加入块状石墨氮化碳粉末
0.2
～
2g
，加入稀硝酸
50
～
70mL
，浓度为
0.01
～
2mol/L。
水热保温温度为
150
～
180℃
，保温时间为2～
5h。5.
根据权利要求1所述的研磨
‑
微波快速合成石墨氮化碳载体的负载型金属催化剂，其特征在于，步骤1中的离心转速为
9000rpm/min
，时间为
5min。
洗涤使用乙醇和水交替洗涤3～6次，使用真空干燥箱干燥
。6.

【专利技术属性】
技术研发人员：郭立升，陆紫轩，魏宇学，陈芳，蔡梦蝶，孙松，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：