【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂技术，特别提供了一种合成氨复合催化剂及其制备方法和应用，尤其适于常压低温氨合成。
技术介绍
1、合成氨是世界上规模最大的化学工业之一，目前其年产量约1.8亿吨，被认为是催化技术对人类最伟大的贡献之一。氨合成反应己经有一百多年的历史， 是多相催化领域中研究最为广泛和深入的反应， 为很多其他多相催化反应提供了指引，被誉为催化界的“圣杯”和“领头羊”式反应。虽历经一个多世纪的发展，但目前合成氨工业仍然以haber-bosch工艺为主导，需在高温高压(350～550℃，10～30mpa)下将高纯度的n2和h2原料气在fe基或ru基催化剂的催化作用下转化为nh3。虽然haber-bosch合成氨过程效率比较高，但是其合成条件苛刻，所需能量和h2原料气均来自于化石燃料(如甲烷、煤等)的转化，因而是一高能耗、高碳排放的过程，其年均能耗占到全球能源供应总量的1～2％，年均co2排放量约占温室气体排放总量的1.5％。鉴于全球日益加剧的资源、能源和环境问题，寻找合适的绿色替代方案，实现温和条件下高效、低能耗、低排放合成氨，成为亟待解决的科学与技术问题。
2、要实现nh3的无碳化生产，需要将haber-bosch过程与化石能源解耦，而与可再生能源相结合。基于可再生电为燃料和原料来驱动的小规模、分布式haber-bosch过程，有望为合成氨工业带来第二次革命。该过程以电解水制备h2原料气、以可再生电作为能量来源来进行nh3的合成，进而能够大幅降低co2排放量。其中，温和条件下催化剂的开发有助于降低该过程的能耗和成本，是实
3、近年来，随着可再生能源合成氨的需求日益旺盛, 将太阳能、风能等可再生能源与化学链过程相耦合, 使得化学链作为一种替代合成氨方式得到了复兴。与合成氨催化过程相比，化学链过程具有以下几个特点：可在常压条件下操作，有助于简化工艺流程，可用于分布化、小型化产氨；由于形成稳定的氮化物或氧化物，易于启停，易于与可再生能源耦合；可分别对固氮、产氨等各步骤中的反应物、温度、压力等进行优化；可规避n2与h2或h2o的竞争吸附问题，但化学链合成氨仍存在对常压低温(～1bar，120～300℃)高效合成氨催化剂的迫切需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种合成氨复合催化剂及其制备方法，制得的复合催化剂具有高度的常压低温(～1bar，120～300℃)合成氨催化活性，制备方法简单高效，成本低廉，易于大规模工业化生产，适于可再生能源与化学链过程相耦合应用，具有广阔的合成氨工业应用前景及价值。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案：
3、一种合成氨复合催化剂，该合成氨复合催化剂是由fe纳米团簇、lih、mg(nh2)2组成的复合材料体系。
4、在本专利技术的复合催化剂中，fe纳米团簇、lih、mg(nh2)2均通过原位反应析出生成且均匀弥散分布，具有洁净的表界面和极高的催化活性。
5、所述的复合催化剂中mg(nh2)2：lih的摩尔比1：1.5~4.0，fe在合成氨复合催化剂中所占重量百分比19~31%。
6、在本专利技术的合成氨复合催化剂中，所述的fe纳米团簇催化剂团簇体粒径10～200nm。
7、一种合成氨复合催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
8、（1）在氩气保护下将mg2feh6与linh2粉体混合球磨5～10h，得到前驱体物料；
9、（2）在氩气保护下将前驱体物料装入反应器；
10、（3）将反应器置入烧结炉，升温进行充氢/固氮活化循环，制得合成氨复合催化剂。
11、步骤（1）中物料摩尔比例mg2feh6：linh2=1: 3～8；所述的球磨用磨球为不锈钢或陶瓷材质，球料比10:1～20:1，所述的氩气保护气的压力值≥0.1mpa。
12、步骤（3）中所述的充氢/固氮活化，包括如下步骤：
13、（a）将反应器进行多次抽真空-充氢-抽真空循环操作；
14、（b）将反应器在真空状态下缓慢升温至250～300℃，充入氢气至7.0～10.0mpa，保温1～3h进行氢化反应；
15、（c）将反应器抽真空后充氮至7.0～10.0mpa，在250～300℃保温1～3h进行氮化反应；
16、（d）重复步骤（a）至（c）两次，再按步骤（b）充氢保温反应，随炉降至室温，得到合成氨复合催化剂。
17、所述的步骤（a）中，将反应器进行多次抽真空-充氢-抽真空循环操作为三次；所述的步骤（b）中，缓慢升温速率为1～5℃/min。
18、本专利技术的创新点一是首创fe纳米团簇、碱金属氢化物lih、碱土金属氨基化合物mg(nh2)2复合催化剂材料体系，其中高活性fe纳米团簇的活性位点可快速将n2分子解离为n原子，随后活化的n原子转移到lih上生成li-n-h物种，最后li-n-h物种加氢生成氨，同时lih获得再生，该过程中n2分子的活化和后续的加氢过程分别发生在不同的活性中心上，从而打破了传统合成氨催化剂表面反应物种吸附能与过渡态能量之间存在的普遍的能量限制关系，使得该合成氨复合催化剂在温和条件下显示出较高的催化活性，实现了氨的常压低温高效合成，mg(nh2)2载氮体在合成氨反应条件下，表面产生的氮空位可以有效活化n2分子，进而促进了n-n键的解离以及nh3的生成。创新点二是组成催化剂的三类活性物均源于机械化学激活和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种合成氨复合催化剂，其特征在于，所述的合成氨复合催化剂包括：Fe纳米团簇、LiH、Mg(NH2)2，三者均通过原位反应析出且均匀弥散分布；所述的合成氨复合催化剂中，Fe占合成氨复合催化剂总重量的19~31%，其余为Mg(NH2)2和LiH，Mg(NH2)2：LiH的摩尔比1：1.5~4.0；Fe纳米团簇粒径10～200nm。
2.根据权利要求1所述的一种合成氨复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3. 根据权利要求2所述的一种合成氨复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中物料摩尔比例Mg2FeH6：LiNH2=1: 3～8；所述的球磨所用磨球为不锈钢或陶瓷材质，球料比10:1～20:1，所述的氩气保护气的压力值≥0.1MPa。
4.根据权利要求2所述的一种合成氨复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的充氢/固氮活化，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种合成氨复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（a）中，将反应器进行多次抽真空-充氢-抽真空循环操作为三次；所述的步骤（b）中，缓慢升温
6.一种合成氨复合催化剂的应用，其特征在于，将所述的合成氨复合催化剂用于温和条件下氨的合成。
7.根据权利要求6所述的合成氨复合催化剂的应用，其特征在于，将所述的合成氨复合催化剂用于化学链合成氨。
...【技术特征摘要】
1.一种合成氨复合催化剂，其特征在于，所述的合成氨复合催化剂包括：fe纳米团簇、lih、mg(nh2)2，三者均通过原位反应析出且均匀弥散分布；所述的合成氨复合催化剂中，fe占合成氨复合催化剂总重量的19~31%，其余为mg(nh2)2和lih，mg(nh2)2：lih的摩尔比1：1.5~4.0；fe纳米团簇粒径10～200nm。
2.根据权利要求1所述的一种合成氨复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3. 根据权利要求2所述的一种合成氨复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中物料摩尔比例mg2feh6：linh2=1: 3～8；所述的球磨所用磨球为不锈钢或陶瓷材质，球料...
【专利技术属性】
技术研发人员：李法兵，张启林，朱荣振，耿德敏，刘建路，李进军，迟庆峰，张浩波，吴中平，
申请(专利权)人：山东海化集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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