[发明专利]一种共沉淀法制备用于一碳化学反应的催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型催化剂制备方法，具体地说涉及一种共沉淀法制备一碳化学催化剂的方法。该催化剂制备方法可广泛应用于费托合成、甲醇合成和甲烷重整等一碳化学反应催化剂，属于催化剂技术领域。

技术背景

化学反应过程中反应物只含一个碳原子的反应统称为一碳化学。一碳化学的主要目的是节约煤炭和石油资源，用少的碳原料生成多的燃料，提供给人类。

一碳化学是从一碳氢化反应开始的。以含一个碳原子的化合物——甲烷(CH₄)、合成气(CO和H₂)、CO₂、CH₃OH、HCHO等为初始反应物，反应合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。一碳化学的基干物质是CO和H₂，是从任何含碳资源都能够容易得到的，这是一碳化学能够处于未来化学产业的核心的最大理由。

20世纪70年代中期，首先在日本提出了C1化学的概念。与此同时，美国孟山都公司用低压甲醇羰基化制取醋酸技术获得工业应用；美国莫比尔化学公司ZSM-5分子筛催化剂成功地应用于甲醇转化制汽油；中东、加拿大等天然气产量丰富的国家，由天然气制甲醇生产能力加速提高，导致大量甲醇进入市场。因此，近年来C1化学不仅研究以合成气，而且也研究以甲醇作为重要的基础原料，来合成一系列以乙烯为基础原料生产的基本有机化工产品。

一碳化工实际上就是一种新一代的煤化工和天然气化工。目前产品主要包括液体燃料与燃料添加剂、低碳烯烃、合成低碳醇，也包括甲醇及其系列产品、甲醛及其系列产品等六大类化工产品。把握一碳化学的关键是催化剂，因此如何开发优良的催化剂左右着一碳化学的成败。

发明内容

沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加入适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物，再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。

本发明采用的共沉淀法是指在溶液中含有一种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有一种或一种以上金属元素的催化剂的方法。共沉淀法的优点在于：其一是通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料，其二是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。

本发明的另一特征在于利用各种醇预处理一定量的金属化合物。为了提高制备粉末样品的粒子尺度分布均匀程度和改善性能，降低粒子尺寸，我们对共沉淀法进行了改进，目的在于将晶粒的成核和生长过程分开，快速大量成核，均匀生长。在沉淀过程中，颗粒的大小主要由成核速度和核增长速度决定的，因此通过控制成核速度和核增长速度就可以控制沉淀颗粒的性能。由于沉淀溶液中醇的存在，改变了沉淀溶液的浓度，有效控制了成核速度，同时醇溶液包覆在晶粒周围，抑制了核增长的速度，防止颗粒的二次团聚，从而获得了均匀的粒子尺度分布以及合适的粒子尺寸。

本发明的目的是提供一种用于一碳化学反应的新型催化剂的制备方法，该方法可以应用于费托合成钴基催化剂和铁基催化剂、甲烷重整镍基催化剂和钴基催化剂、合成甲醇铜基催化剂、CO氧化铜基催化剂和钴基催化剂等一碳化学反应催化剂的制备。

本发明的主要目的可以通过以下技术方案实现：

一种共沉淀法制备催化剂的新方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用醇预处理可水溶性的金属化合物，预处理温度控制在0-150℃之间，时间在0.1-8小时，得到金属化合物的醇溶液，浓度为10wt％-80wt％；

(2)再用水将金属化合物的醇溶液稀释到适宜浓度，金属化合物的浓度在0.1wt％-40wt％之间；

(3)将步骤(2)所得溶液与沉淀剂慢慢混合进入沉淀反应器中，控制沉淀温度在0-120℃之间，PH值在7-13之间；沉淀结束后老化2-48小时，老化温度在0-80℃之间；

(4)将沉淀抽滤、洗涤干净后干燥，干燥温度为40-150℃，恒温4-48小时，再放入马弗炉中焙烧，焙烧温度为200-800℃，恒温2-20小时；

再经压片、造粒，还原获得成型催化剂；

上述步骤(1)中醇可以为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇，丙二醇，丙三醇、丁二醇、聚乙二醇以及以上醇的各种异构体中的一种、两种或几种。

所述沉淀剂可以为碳酸钾、碳酸钠、碳酸氨、尿素、氨水中的一种。沉淀剂以溶液的形式加入，浓度在1wt％-50wt％。