【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁基催化剂的制备及应用领域，具体涉及一种利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法及使用其制备低碳烯烃的方法。
技术介绍
1、在当前全球气候变化和能源安全的背景下，开发低碳能源和减少碳排放已成为全球范围内的紧迫任务。费托合成(fischer-tropsch process)，又称f-t合成，是以合成气(一氧化碳和氢气的混合气体)为原料在催化剂和适当条件下合成以液态的烃或碳氢化合物(hydrocarbon)的工艺过程。然而，传统费托合成过程涉及高温高压反应条件(200-400℃，2-5mpa)，会导致严重的能源消耗(传统费托合成由化石燃料燃烧供能)和环境污染(主要是大量温室气体二氧化碳的排放)。因此，寻找一种低成本、可持续的、环境友好的费托合成路径具有重要的意义。
2、铁基催化剂因其丰富的资源储备、低成本以及良好的费托合成催化活性和低碳烯烃选择性而受到广泛关注。此外，光热催化作为一种新兴的催化技术，利用清洁可持续的太阳能，在催化剂表面通过光热转化，提供能量作为反应驱动力，可以实现太阳能到化学能的转化。因此，利用铁基催化剂光热催化费托合成用于制备低碳烯烃的新型费托合成路线具有极大的潜力。根据研究报道，铁基催化剂的费托合成性能与其表界面的活性组分有关。铁(fe)，碳化铁(fe5c2、fe2c、fe7c3、fe3c)等被认为是费托合成中的活性组分，有利于合成气(co和h2)向碳氢产物的转化。然而由于铁和碳化铁活泼的化学性质，催化剂在合成和反应过程中难以避免会发生部分氧化，生成铁的氧化物，包括fe2o、fe3o4、f
3、应用磁场纯化铁基催化剂的制备方法可以利用催化剂的物理磁性来分离纯化催化剂的表界面结构，从而调控铁基催化剂的表面活性组分。磁场分离纯化铁基催化剂，所需能耗极低，对环境无污染。这项技术有望在低碳排放下进行费托合成，并实现对低碳烯烃的优异选择性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，并探究所得铁基催化剂在费托合成制备低碳烯烃中的应用前景。本专利技术首次提出利用磁场对湿化学法合成的催化剂进行分离纯化，并将所得催化剂应用于费托合成制备低碳烯烃。磁场纯化的高性能铁基催化剂在低碳排放下，表现出卓越的低碳烯烃选择性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，包括如下步骤：
3、(1)将铁源、溶剂、碳源、诱导剂以及载体，在磁力搅拌下充分混合，在惰性气氛下，升温至320～360℃，并保温10～60分钟；
4、(2)步骤(1)得到的铁基催化剂在表面磁化强度40-90mt的磁子作用下，一部分磁性弱的铁基催化剂分散在溶液中，另一部分磁性强的铁基催化剂吸附在磁子上，将分散在溶液中的磁性弱的铁基催化剂直接倒出，收集，用正己烷将吸附在磁子上的磁性强的铁基催化剂冲洗下来，并收集，按照以上操作，实现不同磁性的铁基催化剂的分离；
5、(3)将步骤(2)收集得到的不同磁性的铁基催化剂均用正己烷和乙醇交替离心洗涤，直至用正己烷洗涤催化剂后的上层洗涤液呈现无色透明状态，再用乙醇洗涤催化剂一次后真空干燥，即得到所述利用磁场分离纯化的铁基催化剂。
6、进一步地，在步骤(1)中，铁源可以是九羰基二铁、五羰基铁或纳米铁；溶剂和碳源可以是十八胺；诱导剂可以是十六烷基三甲基溴化铵或溴化铵；载体可以是氧化铝或者二氧化硅，也可以不添加载体。
7、进一步地，在步骤(2)中，催化剂需在50～150℃的溶液中进行分离，由于具备不同的磁性质，铁基催化剂能在磁场的作用下实现分离，所述磁力搅拌的转速为400～2000转。
8、在本专利技术中，制备得到的铁基催化剂组分均为85％～100％的碳化铁(化学式为fe5c2)和以及少量铁的氧化物。催化剂呈核壳结构，壳层为无定形碳层或铁的氧化物，内核为fe5c2。铁基催化剂整体磁性质的差异源自于单颗粒催化剂的表面壳层区域结构的差异：得到的磁性较强的铁基催化剂，体相组分是fe5c2，而表面区域存在丰富的铁的氧化物；得到的磁性较弱的铁基催化剂，体相组分是fe5c2，表面仅有少量的铁的氧化物，主要是无定形的碳。
9、本专利技术还提供了一种使用上述铁基催化剂制备低碳烯烃的方法，具体步骤如下：
10、s1，将铁基催化剂放置于费托合成反应系统内，并将反应系统抽真空；
11、s2，将合成气通入密闭式或者流动式反应系统中，所述合成气包括一氧化碳(co)、氢气(h2)和惰性气体的混合气体，其中所述co和h2体积比1:1-1:5，其余气体为惰性气体。由光热催化或者热催化驱动费托合成反应进行，铁基催化剂催化费托合成反应温度为200-400℃，使用气相色谱检测费托合成的产物。
12、在本专利技术中，所述铁基催化剂的表面结构能对费托合成的转化率和产物选择性造成显著影响。步骤(2)得到的磁性较弱的铁基催化剂，以fe5c2作为主要的活性组分，在费托合成中表现出卓越的活性、低碳烯烃选择性和稳定性，同时能极大地抑制co2的生成，步骤(2)得到的磁性较强的铁基催化剂因表面丰富的氧化铁组分而不利于不饱和碳氢化合物的形成，且表面的氧化铁组分作为水煤气反应(co+h2o→co2+h2)的活性组分，会导致大量副产物co2的生成。
13、在本专利技术中，可以通过调节磁场强度和纯化次数来实现更为精细化的不同磁性的铁基催化剂的分离纯化，以得到主要活性组分为fe5c2的铁基催化剂。所得到的磁场纯化铁基催化剂在费托合成中能够实现低co2产出的条件下，高的低碳烯烃选择性。
14、本专利技术的有益效果如下：
15、1.本专利技术在催化剂合成过程中或合成后采用清洁、高效、无污染的磁场分离纯化技术用于不同磁性的铁基催化剂的制备，易于催化剂的大规模生产。
16、2.磁场分离纯化得到的高性能铁基催化剂催化费托合成反应，co转化率为25～35％，目标产物低碳烯烃选择性超过50％，副产物co2选择性低至5％以下。
17、3.当使用光热催化时，由于驱动催化反应的能量来源于太阳光，而反应中产生的co2极少，首次实现了铁基催化剂催化费托合成的超低碳排放，使费托合成成为有效的碳减排技术。
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1.一种利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁基催化剂的制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述铁源为九羰基二铁、五羰基铁或纳米铁；所述溶剂和碳源为十八胺；所述诱导剂为十六烷基三甲基溴化铵或者溴化铵。
3.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，加入载体，所述载体为氧化铝、或二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，铁基催化剂在50～150℃溶液中进行分离，磁力搅拌的转速为400～2000转。
5.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：制备所得的铁基催化剂组分包含85％～100％的碳化铁，催化剂呈核壳结构，壳层为无定形碳层或铁的氧化物，内核为Fe5C2，铁基催化剂整体磁性质的差异源自于单颗粒催化剂的表面壳层区域结构的差异，步骤(2)中得到的磁性强的铁基催化剂，体相组分是Fe5C2，而表面区域为铁的氧
6.一种使用磁场分离纯化的铁基催化剂制备低碳烯烃的方法，其特征在于，所述铁基催化剂催化费托合成反应，使合成气转化为碳氢化合物以及其他含氧化合物，具体包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的使用磁场分离纯化的铁基催化剂制备低碳烯烃的方法，其特征在于：得到的不同磁性的铁基催化剂在费托合成中的活性与产物选择性不同，磁性弱的铁基催化剂催化费托合成反应，CO转化率为25～35％，目标产物低碳烯烃选择性超过50％，副产物CO2选择性低于5％，磁性强的铁基催化剂催化费托合成反应，CO转化率为55～65％，目标产物低碳烯烃的选择性为10～30％，副产物CO2的选择性高于30％。
...【技术特征摘要】
1.一种利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁基催化剂的制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述铁源为九羰基二铁、五羰基铁或纳米铁；所述溶剂和碳源为十八胺；所述诱导剂为十六烷基三甲基溴化铵或者溴化铵。
3.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，加入载体，所述载体为氧化铝、或二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，铁基催化剂在50～150℃溶液中进行分离，磁力搅拌的转速为400～2000转。
5.根据权利要求1所述的利用磁场分离纯化的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：制备所得的铁基催化剂组分包含85％～100％的碳化铁，催化剂呈核壳结构，壳层为无定形碳层或铁的氧化物，内核为fe...
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