[发明专利]一种负载于钽酸钡表面的钌基催化剂及其在合成氨中的应用

说明书

本发明提供一种负载于钽酸钡表面的钌基催化剂及其在合成氨中的应用，属于催化领域。以钽酸钡为载体，钽酸钡表面负载活性成分钌，其中，Ru和钽酸钡质量比为0.1～16：100，钽酸钡的比表面积为10‑50m²/g。本发明制备方法简单，通过简单的水热反应即可制备得到氨合成催化剂载体。发明制备的催化剂催化活性高、稳定性好、安全性能高。

技术领域

本发明属于催化领域，具体涉及一种负载于钽酸钡表面的钌基催化剂及其在合成氨中的应用。

背景技术

合成氨工业是最重要的化学工业之一，世界各国都致力于合成氨工业的发展。合成氨是一种有效的人工固氮手段，为人体提供了40-60％的氮源。氨气易被液化(0.86MPaat 20℃或-33.4℃at 0.1MPa)且不含碳，所以氨被看作是一种最接近实用的可再生燃料，也被认为是可以协调能源和环境问题的重要的氢能载体。1913年，Haber-Bosch的氨合成铁催化剂及其工艺流程在德国奥宝((Oppau)首次实现了工业化，使氨的合成方法从氰化法演变到氮氢混合气合成氨法，从而极大提高了氨的产量被誉为第一代氨合成催化剂。Haber-Bosch工艺的运行条件一般在400-600℃的高温和20-100MPa的高压下，极大的消耗了能量，致使合成氨工业消耗了全世界能耗的1％。现阶段，合成氨工业的原料氢主要是通过大规模高压天然气改质(methane steam reforming)得到的。未来用作可再生能源和氢能载体的氨，其原料最终将会从不能再生的天然气过渡到生物质或电解水(电能源自可再生能源)。这些小规模、低压氢源对合成氨催化剂提出了新的挑战。因此开发一种在温和条件下具有高性能的催化剂来替代传统铁催化剂，不仅是提升传统Haber-Bosch工艺的需要，也是应对未来氨新能源挑战的需要。

目前氨合成催化剂其活性组分多为Fe、Ru、Co、Ni等，载体多为MgO、Al₂O₃、Nb₂O₅、TiO₂、活性炭、电子盐等。氨合成中最大的限速步骤是氮的解离，Ru因其优越的氮解离能力被广泛用于氨的合成，1992年，以活性碳为载体的钌催化剂在加拿大Ocelot合成氨厂首次实现工业化。但是，在氨合成反应条件下，钌金属容易使活性碳载体发生甲烷化，导致催化剂活性的降低，限制了钌催化剂的大规模工业应用。此外，碳材料还具有易燃性，在工业上使用也有一定的安全隐患。因此，提供一种化学性质稳定、使用安全的钌基催化剂载体仍然是一个重要课题。钽酸钡因具有优良的光电性能和非线性光学性能、良好的光学效应和电学性能而在光催化以及激光、电池等领域应用广泛。但是在合成氨方面的应用却从未报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明将钌负载于钽酸钡的表面，制备出了催化活性高、稳定性好、使用安全的合成氨催化剂。

本发明提供的技术方案具体如下：

一种负载于钽酸钡表面的钌基催化剂，以钽酸钡为载体，钽酸钡表面负载活性成分钌，其中，Ru和钽酸钡质量比为0.1～16：100，钽酸钡的比表面积为10-50m²/g。

优选地，所述钽酸钡的结构为Ba₅Ta₄O₁₅。

优选地，所述钽酸钡采用下述方法制备得到：将Ba和Ta的摩尔比为(8～12)：1的Ta前驱体和Ba前驱体混合，于150-220℃加热140～180h即成。

优选地，所述的Ta前驱体为Ta的氧化物、氢氧化物、盐中的一种或几种，所述的Ba前驱体为Ba的氧化物、氢氧化物、盐中的一种或几种。