[发明专利]用于二氧化碳加氢合成甲醇的Cu/二氧化钛纳米片催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于催化剂的技术领域，公开了用于二氧化碳加氢合成甲醇的Cu/二氧化钛纳米片催化剂及其制备方法。所述催化剂以锐钛矿TiO₂纳米片为载体，通过沉积沉淀法负载Cu所形成的催化剂；所述催化剂组成为Cu/TiO₂‑x，x为原子比，x＝Cu/(Cu+Ti))，x为0.2～0.6。方法：首先将锐钛矿TiO₂纳米片分散于水中，加铜盐，混匀，超声处理，得到浆液；其次，将沉淀剂的水溶液滴加入浆液中，继续搅拌，静置老化，过滤，洗涤，干燥，焙烧，得到催化剂。本发明的催化剂组分简单，用于二氧化碳加氢制甲醇时催化CO₂加氢的转化率高，甲醇的选择性和转化率也较高，本发明的方法简单。

技术领域

本发明属于催化剂的技术领域，涉及一种用于二氧化碳加氢制甲醇的Cu/二氧化钛纳米片催化剂及其制备方法，所述催化剂用于二氧化碳加氢制甲醇。

背景技术

在有机合成工业中，甲醇是仅次于烯烃和芳烃的重要有机化工原料，目前甲醇的年产量已近百万吨并呈现逐年递增的趋势。从甲醇出发可生产一系列化工产品；此外，甲醇还是一种重要的清洁燃料，可直接用于汽车燃料，也可与汽油、柴油混合作为车用燃料。受到化石燃料价格不断上涨及世界能源紧缺等因素的影响，甲醇作为新型的替代能源，无疑具有很强的经济性和现实可行性。

从环境的角度看，二氧化碳作为温室效应的最大贡献者，其在大气中的浓度随着全球能耗的增大也一直呈现上升势头。利用二氧化碳制甲醇，结合新能源产氢技术可以实现零碳排放，对于缓解气候变暖有着极为重要的意义。从能源的角度看，以二氧化碳加氢获得的甲醇保持了H₂作为最清洁能源的优势，甲醇充当了“储氢载体”，对于新能源催生出的“氢经济”革命的继续有着十分重大的推动作用。

二氧化碳加氢制甲醇催化剂大多数是在一氧化碳加氢制甲醇催化剂的基础上研发的，以Cu/ZnO系催化剂为主。在Cu/ZnO催化剂中ZnO向Cu传递电子并在Cu表面形成ZnO的包覆层，这种相互作用赋予Cu/ZnO催化剂优异的催化二氧化碳加氢合成甲醇的催化性能。然而Cu/ZnO系催化剂对逆水煤气变换反应(RWGS)也具有很好的催化活性，所以其对甲醇的选择性不高。文献报道的以Cu为金属活性组分得到的双组分催化剂，如：Cu/ZrO₂、Cu/CeO₂、Cu/Al₂O₃等催化剂，其催化活性均远远低于传统的Cu/ZnO系催化剂。

本发明结合纳米形貌调控手段，合成出高暴露高活性晶面{001}面的TiO₂纳米片，以TiO₂纳米片作为催化剂载体，获得了媲美Cu/ZnO系催化剂的双组分高活性Cu/TiO₂催化剂。且催化剂针对甲醇的选择性也相当高。由于TiO₂价廉易得，制备方法成熟且多样，所以本发明开发的Cu/TiO₂催化剂具有相当的运用潜力。

发明内容

针对现有二氧化碳直接加氢合成甲醇催化剂催化效率低、选择性低、组分复杂等缺点，本发明的首要目的在于提供一种Cu/二氧化钛纳米片催化剂及其制备方法。所述的催化剂组成简单，具有双组分、高转化率的特点；制备方法简单，价格低廉。

本发明的另一目的在于提供上述Cu/二氧化钛纳米片催化剂的应用。所述Cu/二氧化钛纳米片催化剂用于二氧化碳加氢合成甲醇。本发明的催化剂催化活性高、对甲醇的选择性较高。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于二氧化碳合成甲醇的Cu/二氧化钛纳米片催化剂，是以锐钛矿TiO₂纳米片为载体，通过沉积沉淀法负载金属Cu所形成的催化剂；所述催化剂组成为Cu/TiO₂-x(x为原子比，x＝Cu/(Cu+Ti))，x为0.2～0.6。