[发明专利]一种铜掺杂的ZnO-ZrO2固溶体催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜掺杂的ZnO‑ZrO₂固溶体催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的制备方法为：将Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Zr(NO₃)₄·5H₂O配制为金属硝酸盐混合溶液；在50～90℃的反应温度下，将金属硝酸盐混合溶液与Na₂CO₃溶液滴加入反应容器中，维持上述反应温度，搅拌，在上述反应温度下老化；将产物冷却后进行离心得到固体沉淀；然后用去离子水洗涤固体沉淀；然后将沉淀进行干燥处理，得到催化剂前驱体；将催化剂前驱体放入管式炉中进行焙烧，得到催化剂母体。本发明改善了催化剂中活性组分的分散度，有效抑制了催化剂的烧结与团聚现象，有较高的二氧化碳转化率和甲醇选择性。

技术领域

本发明属于化工催化技术领域，特别涉及一种二氧化碳加氢制甲醇的催化剂及其制备方法。

背景技术

二氧化碳是最主要的温室气体，自工业革命以来，化石能源的使用使得二氧化碳的排放量逐年增加，因此，二氧化碳的减排成为世界各国的共同目标。二氧化碳的转化利用方式很多，其中，二氧化碳的加氢转化更有研究价值。通过加氢转化，将二氧化碳转化为有价值的化学品，如甲烷、甲醇、甲酸等。因为这些产品本身是大宗化学品，同时与能源供应密切相关，具有很高的能源利用价值。

在二氧化碳加氢转化的可能产物中，甲醇是一种极其重要的化工原料，广泛应用与有机合成、医药、甲醛、染料等领域，其产量仅次于合成氨和乙烯。同时，甲醇也是一种重要的清洁燃料，甲醇和汽油或其他物质混合可制成各种不同用途的工业用或民用新型燃料。

二氧化碳加氢制甲醇的研究关键在于催化剂。目前，用于该反应的催化剂尚不够成熟，大多数是由一氧化碳加氢制甲醇所用的催化剂改进得来。二氧化碳加氢制甲醇催化剂的种类也颇多，一般有两大类：贵金属催化剂和铜基催化剂。其中铜基催化剂的研究最多，也被认为是比较有效的二氧化碳加氢制甲醇的催化剂。然而，该类催化剂主要存在二氧化碳转化率低，甲醇选择性较差等问题。目前，通过改变催化剂的组成以及改进催化剂的制备方式来改善催化剂的性能仍然是各国科研工作者研究的重要方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜掺杂的ZnO-ZrO₂固溶体催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的二氧化碳加氢制甲醇的二氧化碳转化率低、甲醇选择性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铜掺杂的ZnO-ZrO₂固溶体催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Zr(NO₃)₄·5H₂O溶于去离子水，配制金属硝酸盐混合溶液，并使其完全溶解混合；

(2)在50～90℃的反应温度下，将步骤(1)得到的金属硝酸盐混合溶液与Na₂CO₃溶液滴加入反应容器中，滴定完毕后，维持上述反应温度，搅拌，在上述反应温度下老化；

(3)将步骤(2)得到的产物冷却后进行离心得到固体沉淀；然后用去离子水洗涤固体沉淀；然后将沉淀进行干燥处理，得到催化剂前驱体；

(4)将步骤(3)得到的催化剂前驱体放入管式炉中进行焙烧，得到催化剂母体。