[发明专利]催化剂及其制备方法、合成异丁醇的方法

说明书

本发明提供一种催化剂的制备方法，其包括：提供石墨化碳材料，并进行活化处理得到活性石墨化碳材料；提供铜锌铝盐溶液和碱性溶液；将所述活性石墨化碳材料分散于水中，并向其中同时添加所述铜锌铝盐溶液和碱性溶液进行共沉淀得到前驱体；及对所述前驱体进行热处理得到所需的催化剂。该催化剂的制备方法制备成本低，适合工业化生产；所制得的催化剂特别适合用于制备合成气制备异丁醇，其CO转化率和异丁醇选择性高。本发明还提供一种催化剂，所述催化剂为以活性石墨化碳材料为载体所形成的含有铜、氧化锌以及氧化铝的复合物。本发明还提供一种合成异丁醇的方法，以氢气和一氧化碳为合成气，利用上述催化剂合成得到异丁醇。

【技术领域】

本发明涉及化工材料技术领域，具体涉及一种催化剂及其制备方法、合成异丁醇的方法。

【背景技术】

自70年代的两次石油危机以来，以及世界各国对环境保护重视度的提升，人们认识到能源和有机合成工业不能过多地依赖石油，而应该调整原料路线和产品结构，向原料和产品的多元化方向发展：即油、煤、气并举，并且致力于优化利用这三种可燃性矿物资源以生产不同的化学品和洁净燃料。

经过多年的探索，通过合成气制烃类、醇类、醚类产物的工艺渐渐走入人们的视线。其中，合成气是以氢气、一氧化碳为主要成分的原料气，其来源广泛，可由煤或焦炭等固体燃料气化产生，也可以由天然气和石脑油等轻质烃类制取。目前该工艺正在走向大型工业化，为推动合成气的工业应用创造了前提条件，其中有关低碳醇制备的研究备受关注。

低碳混合醇指C1～C6的醇类混合物。而在混合醇的众多产物中，异丁醇具有广泛的用途。如可以作为优质动力燃料；而且可以利用其高辛烷值、防爆抗震性能优越等优点，取代对人类健康存在威胁的汽油添加剂MTBE(甲基叔丁基醚，MethylTert-butyl Ether)；并且，异丁醇还是基本的有机化工原料，可用于橡胶、塑料等的合成；此外异丁醇还能作为优良的萃取剂，用于稀土金属的萃取。

在合成气制备异丁醇的过程中需要使用催化剂，目前采用的催化剂包括改性高温甲醇合成催化剂、改性低温甲醇合成催化剂、锆基催化剂等。其中，改性高温甲醇合成催化剂产物主要为甲醇、乙醇、正丙醇和异丁醇，其中甲醇和异丁醇为主要成分，但反应条件较为苛刻：温度400～600℃，压力12～16Mpa。改性低温甲醇合成催化剂相较于高温甲醇合成催化剂，其反应条件较为温和：温度270～300℃，压力6～8MPa，产物以甲醇和异丁醇为主，但一氧化碳转化率不高，异丁醇选择性较低。锆基催化剂虽然异丁醇选择性高，但其制备原料昂贵，不易实现工业化。

【发明内容】

为克服现有的技术问题，本发明提供一种催化剂及其制备方法、合成异丁醇的方法。

本发明为解决上述技术问题提供的一种催化剂的制备方法，其包括：提供石墨化碳材料，并进行活化处理得到活性石墨化碳材料，其中，所述石墨化碳材料的碳含量大于99％，石墨化碳含量大于90％；提供铜锌铝盐溶液和碱性溶液；将所述活性石墨化碳材料分散于水中，将所述活性石墨化碳材料分散于水中，以分散有活性石墨化碳材料的水溶液为载体，并向其中同时添加所述铜锌铝盐溶液和碱性溶液进行共沉淀得到前驱体，控制所述铜锌铝盐溶液和碱性溶液的添加速度，使共沉淀在pH值为5.5-6的条件下进行；其中，所述石墨化碳材料的比表面积大于80m2/g，粒度为6-32μm，孔容为0.4-0.6cm3·g-1，孔径为10-15nm；所述石墨化碳材料的摩尔数为n1，所述铜锌铝盐溶液中铜、锌、铝的摩尔数分别为n2、n3、n4，n1:n2:n3:n4＝(10-20):(1-3):(0.5-1.5):(0.4-1.2)；及对所述前驱体进行热处理得到所需的催化剂；具体包括：将所述前驱体在60-100℃下干燥10-20h，得到干燥产物；及将干燥产物在400-500℃下焙烧3-5h，得到所需的催化剂。

优选地，控制所述铜锌铝盐溶液和碱性溶液的添加速度，使共沉淀在pH值为5.0-7.0的条件下进行。