[发明专利]氧化石墨烯促进的铜基甲醇合成催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种氧化石墨烯促进的铜基甲醇合成催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业生产的迅速发展，大气中二氧化碳含量在逐年增加，从而导致环境污染及温室效应日益严重，所以如何综合利用二氧化碳已受到世界各国越来越多的关注。由二氧化碳加氢合成甲醇不仅可以解决二氧化碳废气利用的问题，还开发了生产甲醇的新途径，这个反应也成为目前多相催化领域的研究热点问题。但由于二氧化碳的惰性，使其难以被活化，因此，该课题研究的关键是寻求一种适当的催化剂来提高二氧化碳的转化率和甲醇的收率。

目前二氧化碳加氢合成甲醇所用的催化剂在工业上主要使用Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂，但是由于Al₂O₃亲水性和Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂在还原过程中催化剂颗粒的团聚并长大，抑制Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂对二氧化碳加氢合成甲醇的催化效果。石墨烯纳米片因具有独特的物理化学性质，如独特的电子传输特性、大的比表面积、优异的导电性和导热性等，被认为是优异的催化剂载体和助剂。氧化石墨烯表面上的氧基团可以起到连接石墨烯与纳米颗粒的作用，并使纳米颗粒分散在石墨烯的表面，其良好的导热性可以抑制催化剂在还原过程中颗粒的团聚和长大。Yu等提出了一种金属阳离子与溶液中氧化石墨烯相互作用机理[Y.Zhou，G.Chen，Y.Yu，L.Hao，Z.Han，Q.Yu，OxygenfunctionalgroupsinducedformationofCu₂Onanoparticlesonthesurfaceofreducedgrapheneoxide，NewJournalofChemistry，37(2013)2845]，他们认为金属阳离子与溶液中氧化石墨烯有三种相互作用：1)电荷相互作用：氧化石墨烯表面上羧基官能团在溶液中去质子而带负电荷，与带正电荷的金属阳离子存在电荷相互作用；2）配位键：金属阳离子是缼电子结构，有空轨道，氧化石墨烯表面上含氧官能团中氧原子有多余电子，金属阳离子与氧化石墨烯表面上含氧官能团的氧原子存在配位键；3）阳离子-π相互作用：缼电子金属阳离子与氧化石墨烯碳环上π键的相互作用。以这种理论为基础，我们设计用共沉淀法和水热法来制备氧化石墨烯促进的铜基甲醇合成催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯促进的铜基甲醇合成催化剂，以期能够提高二氧化碳的转化率和甲醇的收率。

一种氧化石墨烯促进的铜基甲醇合成催化剂，其特征在于该催化剂由Cu、ZnO、Al₂O₃和氧化石墨烯（简称GO）组成，各组分在催化剂中所占质量百分数为：Cu:45-65%，ZnO:25-45%，Al₂O₃:5-10%，GO:5-15%。

所述氧化石墨烯是通过化学法制备的。

氧化石墨烯促进的铜基甲醇合成催化剂的制备方法为共沉淀法或水热法。

所述共沉淀法制备催化剂的操作程序如下：将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，制得氧化石墨烯溶液；将Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O混合，加入去离子水制成混合硝酸盐溶液；将混合硝酸盐溶液加入氧化石墨烯溶液中，超声使混合硝酸盐溶液与氧化石墨烯充分混合，然后将混合硝酸盐溶液与氧化石墨烯的混合溶液保持在343-353K，搅拌条件下将Na₂CO₃溶液加入混合溶液中使其pH为6-8，连续搅拌4-5h后停止加热并继续搅拌10h，然后倒入真空抽滤装置中抽滤，用去离子水洗涤，348-368K下真空干燥，在氩气气氛下613-633K煅烧4-6小时后还原即得所述催化剂。