一種FePt雙金屬催化劑、制備及應用制造技術

一種FePt雙金屬催化劑、制備及應用，屬于CO催化加氫技術領域。包括活性中心Fe，負載于Fe表面的Pt顆粒以及惰性載體MgAl尖晶石；首先是將水滑石前體MgAlFe?CO32??LDHs經還原后而制得Fe?MgAl2O4催化劑，而后將Pt負載于Fe表面。本發(fā)明專利技術得到的FePt雙金屬催化劑在T＝340℃，P＝2.0MPa下催化CO加氫制備低碳烯烴，當Pt:Fe＝0.4:100時，可達到的最優(yōu)催化性能：低碳烯烴的選擇性為35％，C5+選擇性降到23％，同時活性也能達到1.85mol/gFe?h，CO轉化率可達55％；而繼續(xù)增大Pt含量時，產物中的C5+選擇性能夠減少到6％。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術提供了一種能夠降低CO加氫制備低碳烯烴過程中長鏈產物選擇性、從而提高低碳烯烴選擇性的催化劑，具體涉及一種FePt雙金屬催化劑、制備及應用，屬于CO催化加氫

技術介紹
低碳烯烴可作為制備聚合物、涂料、化妝品、溶劑等物質的原料，并且其需求量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。而在傳統(tǒng)工藝中，主要采用石腦油的催化裂解以及烷烴的脫氫反應等方法來制備低碳烯烴，但是這兩種方法由于環(huán)境和經濟等方面的因素，也存在著很大的缺陷。因此，設計出一種高效的制備低碳烯烴的路線就具有了十分重大的意義。目前，能源危機問題變得十分突出，煤和石油等不可資源存儲量日益減少，生物質作為可再生資源，可成為未來能源的代替品。因此，在工業(yè)上更趨向于由生物質制備得到的合成氣出發(fā)，在一定條件下合成低碳烯烴。雖然由合成氣制備低碳烯烴已有相對較為成熟的催化劑技術，但依然存在許多科學問題有待解決，從基礎研究的角度看，CO加氫反應產物中低碳烯烴選擇性較低是CO加氫領域有待解決的最關鍵的科學問題之一。根據(jù)反應機理，由合成氣制備低碳烯烴的過程最重要的一步就是碳碳偶聯(lián)過程，當碳碳偶聯(lián)能力較強時，產物中會出現(xiàn)較多的長鏈產物，而當碳碳偶聯(lián)能力較弱時，產物中甲烷的含量又會有迅速增大，因此應嚴格控制反應過程中活性中心的碳鏈增長能力。而在我們之前的研究中，當使用粒徑分布范圍比較均勻的Fe基催化劑時，C5+選擇性可達29％，因此可適當減弱活性中心的碳鏈增長能力。而Pt基催化劑具有較強的加氫和脫氫能力，因而在Fe基催化劑中加入少量的Pt，形成一種將Pt顆粒均勻負載于Fe表面的FePt雙金屬催化劑，可有效地抑制活性中心的碳鏈增長能力。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是合成一種能夠降低CO加氫制備低碳烯烴過程中長鏈產物選擇性、從而提高低碳烯烴選擇性的催化劑，使其能夠抑制CO加氫制備低碳烯烴過程中長鏈產物的選擇性，從而提高低碳烯烴選擇性。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種FePt雙金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑中，Pt顆粒均勻分布于活性中心Fe表面，并共同負載于惰性載體MgAl尖晶石上。所述催化劑活性中心Fe負載量為20wt％～30wt％。進一步優(yōu)選：催化劑中Pt與Fe的摩爾比為0.2:100～1:100進一步，所述FePt雙金屬催化劑中Pt的負載量為0.2％～1wt％。催化劑的制備：所述FePt雙金屬催化劑是將水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs在H2氣氛中還原后，將Pt負載于Fe-MgAl2O4催化劑上。水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs中水滑石層板二價陽離子選擇Mg2+，三價陽離子選擇Al3+和Fe3+。所述催化劑首先要將水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs在H2氣氛中還原，還原溫度控制在600℃～900℃，還原時間控制在0.5h～2h。進一步：將水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs粉末放入瓷舟之中，然后將其置于管式電阻爐的熱電偶附近，而后將管內抽為真空；觀察管內壓力不會發(fā)生變化后，通入H2，設置升溫程序，使溫度由室溫升高到600℃～900℃，升溫速率設為5-10℃/min，而后保持0.5h～2h；當溫度降至室溫后保持一段時間，通入氧氣體積含量1％的氮氧混合氣保持20min，而后取出，得到Fe-MgAl2O4催化劑；然后將Pt負載于還原得到的Fe-MgAl2O4催化劑之上。將Pt負載于還原得到的Fe-MgAl2O4催化劑之上的步驟：稱取Fe-MgAl2O4，按照Fe和Pt摩爾比100:0.4～100:1，再將Pt(NO3)2·4NH3水溶液與Fe-MgAl2O4混合，最終使Fe-MgAl2O4的濃度優(yōu)選為0.600-0.650g/ml，進一步優(yōu)選0.625g/ml，超聲并混合均勻，而后在搖床上搖晃5h，然后放入烘箱內干燥取出，得到FePt雙金屬催化劑。水滑石前體MgAlFe-CO32—LDHs的制備為常規(guī)方法：稱取Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Fe(NO3)3·9H2O一起溶于去離子水中；另外稱取Na2CO3和NaOH溶于去離子水，并嚴格控制溶液的pH為9.5-10，使其保持恒定；而后升溫進行晶化；經抽濾、洗滌、干燥、研磨后，得到MgAlFe-CO32--LDHs樣品。每8.5467g Mg(NO3)2·6H2O對應250ml去離子
水。每3.533g Na2CO3對應3.2g NaOH對應250mL去離子。本專利技術FePt雙金屬催化劑應用于CO加氫制備低碳烯烴的反應過程。與最接近的現(xiàn)有技術比，本專利技術具有如下優(yōu)點：1.本專利技術的負載型FePt雙金屬催化劑將Pt顆粒均勻分布于活性中心Fe表面(尤其采用本專利技術的制備方法Fe顆粒粒徑大小均一)，成功地抑制了反應過程中活性中心的碳鏈增長能力，從而提高低碳烯烴選擇性。本專利技術得到的FePt雙金屬催化劑在T＝340℃，P＝2.0MPa的反應條件下催化CO加氫制備低碳烯烴，當Pt:Fe＝0.4:100時，可達到的最優(yōu)催化性能為：低碳烯烴的選擇性也會提高到35％，C5+選擇性可降到23％，同時活性也能達到1.85mol/gFe h(單位時間內在每克Fe上所轉化的CO的物質的量)，CO轉化率可達55％；而繼續(xù)增大Pt含量(Pt:Fe＝1:100)時，產物中的C5+選擇性能夠減少到6％，但由于加氫能力過強，使得低碳烯烴的選擇性只能達到28％，同時反應活性會減小到1.47mol/gFe h，CO轉化率也會降至43％。本專利技術的負載型FePt雙金屬催化劑，實現(xiàn)了對CO加氫制備低碳烯烴過程中碳鏈增長能力的抑制，從而提高了低碳烯烴的選擇性。2.本專利技術的負載型FePt雙金屬催化劑在T＝340℃，P＝2.0MPa的反應條件下，催化性能能夠長時間保持穩(wěn)定，其反應活性和低碳烯烴選擇性在反應后能夠迅速達到一個穩(wěn)定值，并且在400分鐘后仍無明顯變化。3)本專利技術的負載型FePt雙金屬催化劑制備方法簡單，容易制備，有利于應用在工業(yè)生產的過程中。附圖說明圖1：不同含量的Pt/Fe-MgAl2O4催化劑的XRD圖，其中a-Fe-MgAl2O4；b-Pt0.4/Fe100-MgAl2O4；c-Pt0.7/Fe100-MgAl2O4；d-Pt1/Fe100-MgAl2O4。圖2：不同含量的Pt/Fe-MgAl2O4催化劑的TEM圖，其中a-Fe-MgAl2O4；b-Pt0.4/Fe100-MgAl2O4；c-Pt0.7/Fe100-MgAl2O4；d-Pt1/Fe100-MgAl2O4。圖3：不同含量的Pt/Fe-MgAl2O4催化劑對低碳烯烴的選擇性，其中a-Fe-MgAl2O4；b-Pt0.4/Fe100-MgAl2O4；c-Pt0.7/Fe100-MgAl2O4；d-Pt1/Fe100-MgAl2O4.圖4：不同含量的Pt/Fe-MgAl2O4催化劑對C5+的選擇性，其中a-Fe-MgAl2O4；b-Pt0.4/Fe100-MgAl2O4；c-Pt0.7/Fe100-MgAl2O4；d-Pt1/Fe100-MgAl2O4。圖5：不同含量的Pt/Fe-MgAl2O4催化劑對CO的轉化率，其中
a-Fe-MgAl2O4；b-Pt0.4/本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種FePt雙金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑中，Pt顆粒均勻分布于活性中心Fe表面，并共同負載于惰性載體MgAl尖晶石上。

【技術特征摘要】
1.一種FePt雙金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑中，Pt顆粒均勻分布于活性中心Fe表面，并共同負載于惰性載體MgAl尖晶石上。2.按照權利要求1所述的一種FePt雙金屬催化劑，其特征在于，催化劑活性中心Fe負載量為20wt％～30wt％。3.按照權利要求1所述的一種FePt雙金屬催化劑，其特征在于，催化劑中Pt與Fe的摩爾比為0.2:100～1:100。4.按照權利要求1所述的一種FePt雙金屬催化劑，其特征在于，Pt的負載量為0.2％～1wt％。5.制備權利要求1所述的一種FePt雙金屬催化劑的方法，其特征在于，將水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs在H2氣氛中還原后，將Pt負載于Fe-MgAl2O4催化劑上。6.按照權利要求5的方法，其特征在于，水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs中水滑石層板二價陽離子選擇Mg2+，三價陽離子選擇Al3+和Fe3+；將水滑石前體MgAlFe-CO32--LDHs在H2氣氛中還原，還原溫度控制在600℃～900℃，還原時間控制在0.5h～2h。7.按照權利要求5的方法，其特征在于，將水滑石前體MgAlFe-CO32...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：何靜，劉陽，安哲，寧珣，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11