一种大孔碳化铁催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种大孔碳化铁催化剂及其制备方法和应用，所述碳化铁催化剂由羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板，以硝酸铁为前驱体制备得到，所得的大孔碳化铁催化剂孔径为50-1000nm。本发明专利技术采用羧基改性微球为模板，以硝酸铁为前驱体，在甲醇乙二醇溶剂的条件下直接焙烧制备三维贯通的碳化铁，操作方法简单，周期短，成本低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种大孔碳化铁催化剂及其制备方法和应用，所述碳化铁催化剂由羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板，以硝酸铁为前驱体制备得到，所得的大孔碳化铁催化剂孔径为50-1000nm。本专利技术采用羧基改性微球为模板，以硝酸铁为前驱体，在甲醇乙二醇溶剂的条件下直接焙烧制备三维贯通的碳化铁，操作方法简单，周期短，成本低。【专利说明】一种大孔碳化铁催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及碳化物催化剂的制备领域，具体说，涉及一种大孔碳化铁催化剂及其制备方法和应用，更具体的说，涉及一种耐酸碱机械性能强的三维贯通大孔碳化铁及其制备方法和应用。
技术介绍
碳化物是由碳和金属所形成的“间充性合金”(interstitial alloy),即体积较小的碳原子占据金属原子密堆积层的空隙，形成的往往具有简单的晶体结构。碳化物是一类具有很高的熔点和硬度、极高的热稳定性和机械稳定性、在室温下几乎耐各种化学腐蚀等特点的物质。此外，它还具有与其母体金属相类似的电、磁性质，正是这些性质使得它们被广泛应用于机械切削、矿物开采、制造抗磨和高温部件以及核反应堆等领域。1961年前苏联的Gaziev等报告了用碳化物、硼化物和硅化物来催化环己烷脱氢制苯，随后法国的一个研究小组在碳化钨上就进行了 1，1，3_三甲基环戊烷制二甲苯的工作，而这些反应以前通常都是在贵金属上所进行的。碳化物作为一种催化新材料已引起了人们的极大兴趣，在一系列的反应中已充分展现出了其理论研究的重要意义及其广阔的应用前景。碳化物的制备方法有传统的粉末冶金方法，采用金属氧化物、或其水合物、或金属粉末作为前驱物和炭粉在高温下(1500— 2000°C)碳化。由于高温下的烧结和过量碳粉的使用，表面被一层很厚的炭所覆盖，所以由这种方法制备的碳化物很少有催化活性，故在催化应用上受到了限制。随后改用还原气体一般采用20vol% CH4-80vol% H2，的混合气体碳化，虽然可以增大比表面，但烧结和催化剂上的积碳现象仍难以得到明显改善。通过金属氧化物或金属在高温下气化后再与碳化气反应引(chemical vapor deposition, CVD),则可以获得较大表面积的碳化物。另外，通过等离子体溅射方法也可以制得纳米级碳化物颗粒。但是这些过程都需要在高温进行，是一个大量消耗能量的过程，且碳化铁形貌为单一的颗粒，制备量不大(少于I克)。孔道结构的碳化物催化剂至今都尚无报道，碳化物催化剂用于生物合成油的实验也尚未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种大孔碳化铁催化剂，所述大孔碳化铁催化剂耐酸碱机械性能强。本专利技术的另一目的在于提供所述大孔碳化铁催化剂的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供所述大孔碳化铁催化剂在催化生物合成气转化为燃料油中的应用。本专利技术的有一目的在于提供应用所述大孔碳化铁催化剂催化生物合成气转化为燃料油的方法。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种大孔碳化铁催化剂，所述碳化铁催化剂由羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板，以硝酸铁为前驱体制备得到，所得的大孔碳化铁催化剂孔径为50-1000nm。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，所述大孔碳化铁催化剂的制备包括:将硝酸铁加入到甲醇/乙二醇混合溶液中，搅拌得到硝酸铁溶液，将羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球加入到得到的硝酸铁溶液中浸溃，过滤，干燥，升温至400-800°C保温4-8小时既得所述大孔碳化铁催化剂。其中优选所述羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球粒径为粒径50_600nm。其中本专利技术优选所述硝酸铁和甲醇/乙二醇摩尔比为1:1-3。其中本专利技术优选所述甲醇和乙二醇体积比为1:1.5-4。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，所述大孔碳化铁催化剂的制备包括:将硝酸铁加入到甲醇/乙二醇混合溶液中，搅拌2h以上得到硝酸铁溶液，将羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球加入到得到的硝酸铁溶液中浸溃，过滤，50-100°C干燥l-24h，0.5-2°C /min速度升温至400-800°C保温4-8小时既得所述大孔碳化铁催化剂。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，本专利技术为了使得催化剂干燥后在400-800°C下热量传递更加均匀，还可以进一步使用石英砂作为传热载体，本专利技术优选将羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球加入到得到的硝酸铁溶液中浸溃、过滤并干燥后，先加入石英砂混匀，再升温至400-800°C保温4-8小时得到所述大孔碳化铁；其中本专利技术还进一步优选的是，在通有惰性气体的石英管中加入石英砂混匀。其中石英砂用量可以根据催化剂用量及加热情况而定，而无需特殊限定，譬如石英砂和催化剂质量比可以在10-50:1。其中本领域技术人员可以理解的是，在保温结束后，应当将石英砂和制备的催化剂分离；所述的分离为本领域常规操作，譬如可以为人工挑拣，甚至根据石英砂和催化剂的颗粒直径进行筛分。根据本专利技术任意所述的大孔碳化铁催化剂，所述的羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球可以为市售获得，或者为自制，本专利技术可以优选所述羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备包括:将甲基丙烯酸甲酯(MMA)溶于反应溶剂，加热到60-90°C，加入配制好的过二硫酸钾(KPS) /偶氮二异丁腈(AIBN)水溶液，加入丙烯酸(AA)，搅拌反应，过滤得到所述羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球；根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，其中优选所述配制好的KPS/AIBN水溶液先加热到60-90°C，再加入到加入了 MMA的反应溶剂中；本专利技术进一步所优选的是将配制好的KPS/AIBN水溶液先加热到和反应溶剂相同的温度，再加入到加入了 MMA的反应溶剂中；根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，其中还优选MMA和AA体积比为25:1 ；AIBN和KPS质量比为1:0.6。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，其中优选所述反应溶剂为丙酮/水混合溶液；其中还优选MMA和丙酮/水溶液的摩尔比是1:1-3;其中进一步优选丙酮和水的体积比为1:3 ；根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，其中优选加入AA后，搅拌反应1.5h ；根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，其中还可以进一步优选在搅拌反应后还进行超声波处理，再过滤得到所述羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球；其中进一步优选超声波处理1.5h。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，本专利技术进一步优选的是，在搅拌反应后过滤，将滤饼置于离心管中，以3000r/min的转速离心10h，弃去上层清液，室温干燥后得到羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，本专利技术还可以更进一步优选的是，在搅拌反应后进行超声波处理，再过滤，将滤饼置于离心管中，以3000r/min的转速离心10h，弃去上层清液，室温干燥后得到羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球。根据本专利技术所述的大孔碳化铁催化剂，本专利技术还进一步优选将MMA在隔离空气条件下溶于丙酮/水混合溶液中，加热至60-90°C，通入惰性气体，加入配制好的KPS/AIBN水溶液，同时加入AA，搅拌反应，过滤得到所述羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球；其中所述的隔离空气条件为本领域常规操作，譬如可以为将反应容器抽真空后再通入惰性气体；其中本专利技术可以优选所述惰性气体为氮气或氩气。另一方面，本专利技术还提供了本专利技术所述大孔碳化铁催化剂的制备方法，所述方法包括以羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大孔碳化铁催化剂，其特征在于，所述碳化铁催化剂由羧酸改性聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板，以硝酸铁为前驱体制备得到，所得的大孔碳化铁催化剂孔径为50?1000nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坚，赵震，谭小玉，徐春明，韦岳长，段爱军，姜桂元，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：