[发明专利]一种费托合成催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种费托合成催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为氮掺杂空心碳纳米笼，所述活性组分分布在载体的表面，所述活性组分为金属氧化物的纳米颗粒，所述金属氧化物为氧化铁或氧化钴，所述金属氧化物的负载量以金属元素占载体的百分数计为5～51wt.％，所述氮掺杂空心碳纳米笼中的氮含量为5～20at.％。本发明以氮含量较高的氮掺杂空心碳纳米笼为载体，载体中的氮原子对金属氧化物具有锚定作用，可提高载体与活性组分的相互作用，并且氮原子具有碱性，提高了载体的表面碱性，同时与载体的特有结构和活性组分结合，得到了选择性高、抗烧结性能好和稳定性高的费托合成催化剂。

技术领域

本发明涉及费托合成技术领域，尤其涉及一种费托合成催化剂及其制备方法。

背景技术

费托合成(Fischer Tropsch Synthesis)是指在一定条件下将合成气(H₂和CO)转化为碳氢化合物的多相催化反应过程，可以用来生产低碳烯烃(C^＝₂-C₄^＝)、汽油、柴油、石蜡及其它含氧有机物等产品。合成气原料来源广泛，可由煤炭、天然气、页岩气及生物质原料等转化获得。通过费托合成将煤炭、天然气、页岩气及生物质原料等间接转化为燃料和化工产品，具有较强的发展前景，特别是对煤炭、天然气、页岩气等化石能源的优化利用和国家能源结构的调整有重要的战略意义。

C₂^＝-C₄^＝(乙烯、丙烯和丁烯)是重要的基础化工原料，随着全球经济的快速增长，其产量早已超过2.5亿吨，且价格也一直居高不下。目前，C₂^＝-C₄^＝主要来源于石油，但随着全球石油资源的日益枯竭，研发新的非石油技术路线的重要性日益凸显。而利用费托合成制低碳烯烃是具有较大应用前景的替代路线，但开发出C₂^＝-C₄^＝选择性高和稳定性好的新型费托合成催化剂是FTO大规模应用的关键。

目前，常用的费托合成催化剂主要为以氧化物(如Al₂O₃、SiO₂等)为载体的铁系催化剂，但由于载体与活性组分的作用力较强，活性组分难于还原而不易形成具有催化活性的碳化铁，或反应过程中碳化铁容易被氧化成无活性的硅酸盐和铝酸盐等，导致催化剂性能不稳定，易于失活。近年来的研究表明，具有高比表面积、优异化学稳定性和孔结构可调等特点的新型碳材料(如碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)、有序介孔碳和石墨烯等)负载Fe的催化剂表现较高的C₂^＝-C₄^＝的选择性和催化活性，但这类催化剂的稳定性仍然较差，由于碳材料载体与铁活性组分的相互作用较弱，这类催化剂容易烧结，进而导致催化剂在短时间内失活严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种费托合成催化剂及其制备方法。本发明所提供的费托合成催化剂的稳定性优异。

为实现上述目的，本发明提供了一种费托合成催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为氮掺杂空心碳纳米笼，所述活性组分分布在载体的表面，所述活性组分为金属氧化物的纳米颗粒，所述金属氧化物为氧化铁或氧化钴，所述金属氧化物的负载量以金属元素占载体的百分数计为5～51wt.％，所述氮掺杂空心碳纳米笼中的氮含量为5～20at.％。

优选的，所述金属氧化物的负载量为10～35wt.％。

优选的，所述金属氧化物的粒径为2～30nm。

优选的，所述氮掺杂空心碳纳米笼中的氮含量为7～16at.％。