[发明专利]一种高稳定性的铁基催化剂及其在费托反应中的应用

说明书

本发明公开了一种铁基催化剂及其制备方法和在CO/CO₂/H₂费托合成醇类化合物中的应用。催化剂有效成分为Fe、Cu、Pd的复合氧化物，其中活性组分Fe、Cu、Pd的摩尔比为(4～7)：(0～3)：(0～3)，且Cu和Pd的摩尔数不同时为0，并添加或不添加助剂；同时采用原子层沉积法在催化剂有效成分表面沉积氧化物膜层，如三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛等。本发明通过原子层沉积技术制备催化剂，很好的固定了活性组分，解决了现有费托反应中活性组分容易相分离的问题。

技术领域

本发明属于合成气转化技术领域，涉及一种铁基催化剂及其在CO/CO₂/H₂直接合成醇类化合物中的应用。

背景技术

醇类化合物特别是低碳混合醇，既不含硫也不含芳香族化合物，不仅可以作为优质的动力燃料，还可以作为燃料添加剂以提高辛烷值，同时也是化工领域的基础原料，具有广泛的应用领域和较好的应用前景。面对日益枯竭的石化能源，低碳醇燃料是最有潜力的新型替代能源之一，而且低碳醇的生产是汽油添加剂研究领域的一个重点，对其需求将持续增长。因此，低碳醇的合成具有重要的实际意义和应用价值。目前除了少数通过发酵法生产之外，工业上主要是以烯烃为原料制备的，而烯烃多来自于石脑油的裂解。随着能源问题的日益加剧，传统以粮食、烯烃等为原料合成低碳醇的方法面临着越来越严峻的经济和环境问题，研究和开发新的能源体系迫在眉睫。基于我国缺油、富煤的能源构成特点，有煤气化CO/CO₂/H₂直接合成醇类化合物中的应用。

目前费托合成醇类产品的催化剂多集中在Fe-Cu和Co-Cu双金属催化剂上，但钴基催化剂的水煤气变换活性较低，不适合于二氧化碳的加氢反应。但Fe-Cu双金属催化剂虽然具有较高的活性和醇类产品选择性，其在反应过程中常常发生相分离现象，破坏了两种活性组分的协同催化作用，造成醇类产品选择性的降低。因此，解决催化剂的相分离问题是提高催化剂稳定性的关键。

原子层沉积法是一种能够精确控制沉积位点和沉积物的方法，本发明采用原子层沉积法直接制备具有特殊结构的复合氧化物来固定纳米粒子，防止反应中活性组分相分离现象的发生，提高催化剂的稳定性。

发明内容

针对费托合成醇类化合物中催化剂活性组分容易发生相分离的问题，本发明提供一种具有特殊结构的铁基催化剂的制备方法及其在费托合成醇类化合物中的应用。

本发明涉及一种高选择性、高稳定性的铁基催化剂的制备方法及其在CO/CO₂/H₂费托合成醇类化合物中的应用，其特征在于：催化剂有效成分为Fe、Cu、Pd的复合氧化物，并添加或不添加助剂，同时采用原子层沉积法在活性组分表面沉积氧化物膜层，所沉积的氧化物膜层包括SiO₂、Al₂O₃、TiO₂中的一种或任意几种。催化剂中活性组分Fe、Cu、Pd的摩尔比为(4～7)：(0～3)：(0～3)，且Cu和Pd摩尔数不同时为0；所添加的助剂为N、K、Na、Ca、Pt、Au、Mg、Rh、V、Cr、Mn、Ru、Co、Zn、Zr、Ga、Gd、Re、Mo、Nb元素中一种或任意几种，助剂与铁的质量比为(0～3):10；所沉积的氧化物膜层的厚度为0.1～30nm，优选2～10nm。