[发明专利]一种基于气相沉积法的整体式氧化铝负载铁催化剂

说明书

技术领域

本发明属于催化与吸附材料与技术领域，涉及一种基于气相沉积法的整体式氧化铝负载铁催化剂，具体地，涉及一种通过结合整体式氧化铝载体制备以及铁组分的气相沉积制备得到的负载型整体式铁催化剂，包括催化剂制备方法与产品特征。

背景技术

在众多化工产品生产、能源物质生产以及环境保护过程中，催化反应工艺是整个工艺过程的核心部分，而催化反应工艺的核心问题是催化剂的性能。实际应用中，固体催化剂是最常见的催化剂使用形式，而固体催化剂从宏观形态上看可分为颗粒状或粉末状催化剂、整体式催化剂以及具有特定形状的催化剂。其中最常见的是颗粒状或粉末状催化剂。从催化剂催化活性组分（过渡金属组分最为常见）的存在形式上看，固体催化剂可分为负载型与非负载型催化剂。为了提高活性组分的利用效率，通常将固体催化剂做成负载型的。其中，承载活性组分的物质称为催化剂载体，或简称为载体；负载了催化活性组分之后的催化剂称为负载型催化剂。常见的高比表面积载体有活性炭、分子筛、多孔性氧化铝等。整体式催化剂与颗粒或粉末状催化剂形态差异明显，在实际使用中，整体式催化剂以一整个较大块体的形式出现，它与后者相比有一些明显的优点。例如，前者与后者相比，其催化剂填装与回收比较方便，大大降低操作成本，尤其是催化剂与产品的分离成本；用于固定床反应器中，前者往往具有较小的压降。负载型整体式催化剂是催化研究与应用中的一个热点。由于催化与吸附过程具有一定的相似性，多孔性物质负载活性组分也常用于吸附过程。相关产品可称为负载型吸附剂，其在能源生产、环境保护中也较常用。颗粒或粉末催化剂在合适条件下可以作为颗粒或粉末吸附剂使用；整体式催化剂可以作为整体式吸附剂使用。

负载型铁催化剂是一种重要的工业催化剂，可用于费托-合成、烷烃的催化氧化、脱硝等化工生产与环保过程。相对于颗粒或粉末状铁催化剂而言，目前针对整体式负载型铁催化剂的制备方法还不多，尤其是整个块体都是铁催化剂的情形。例如L. Xu等人在文献(Materials Research Bulletin[J], 2014, Vol. 59, page 254-260.)中报道了一种铁催化剂的气相沉积制备方法，该方法总体上比较简单、成本较低。然而该方法无法适用于整体式催化剂的制备。该方法的另一问题是使用N₂作为载气，载气不可避免地将铁的前驱体带出制备装置，虽然避免了废液的处理，却引入了废气处理环节。 专利CN105148914A公开的一种Fe₂O₃/Al₂O₃/堇青石催化剂及其制备方法，得到可用于脱硝的整体式催化剂。该催化剂制备包含使用铝溶胶涂在堇青石表面上的步骤。尽管该发明没有相关比表面积的具体信息，但是由于堇青石比表面积较低，因此整个催化剂比表面积将受到较大限制。对于负载型催化剂而言，活性组分的分散度对于催化活性至关重要；从X-射线衍射、脉冲吸收、透射电子显微镜等表征手段可以获得相关信息。从上述发明，读者得知相关铁组分的分散情况。

显然，对于整体式负载铁催化剂的制备而言，本领域还存在这改进制备方法的技术需求，尤其是制备高比表面积、高铁组分分散度、低成本操作的工艺方法的需求。

发明内容

为了克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种基于气相沉积法的整体式氧化铝负载铁催化剂，包括制备方法与产品特征；其制备过程的技术路线是，先通过压缩成型-程序焙烧的工艺组合制备整体式氧化铝载体，而后通过气相沉积-两部焙烧的组合制备整体式氧化铝负载铁催化剂。该方法可以高比表面积、微观上具备纳米级孔道、活性组分铁组分微观上高度分散的整体式氧化铝负载铁催化剂；同时该制备方法无须昂贵设备、原料来源简单、环境较友好、操作安全、成本较低。

实现上述技术路线的具体技术方案是：

一种基于气相沉积法的整体式氧化铝负载铁催化剂，包括整体式氧化铝负载铁催化剂制备方法与整体式氧化铝负载铁催化剂产品特征；其中整体式氧化铝负载铁催化剂制备方法使用如下原料：

铝源：是氢氧化铝、拟薄水铝石中的一种，或者上述两种物质任意比例的混合物；

第一添加物：是田菁粉、田菁胶、瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；

第二添加物：是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、颗粒度小于60目的炭黑、颗粒度小于60目的水溶性淀粉中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；