[发明专利]一种用于逆水煤气变换反应的三元催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种三元Cu/MgO/Al₂O₃催化剂的制备方法及其在逆水煤气变换反应中的应用，属于材料制备和催化技术领域。采用CuMgAl‑LDH作为前驱体，经高温还原制备了Cu/MgO/Al₂O₃，所制备得到的Cu/MgO/Al₂O₃具有活性金属Cu分散度高特点，在常压下能高效催化逆水煤气反应的进行，催化剂性能高，长时间反应催化活性无明显变化。该催化剂制备方法简单，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。

技术领域

本发明属于材料制备和催化技术领域，具体涉及到一种以CuMgAl-LDH为前驱体经高温还原制备的三元Cu/MgO/Al₂O₃催化剂及其在逆水煤气变换反应中的应用。

背景技术

CO₂是一种温室气体。过去两个世纪以来虽然大规模的利用化石资源给人类社会带来了空前的繁荣，但是大量排放的CO₂导致全球变暖以及环境的恶化。有研究预计如果地球温度再上升3 ℃，那么全球变暖的趋势将彻底失控，而人类将再也无力介入地球气温的变化，地球将遭受灭顶之灾。据统计，目前全世界由于各种矿物燃料（煤、石油、天然气）的燃烧所排放到大气中的CO₂量已经达到185~242亿吨/年, 然而其利用尚不足1亿吨/年。因此CO₂的减排及再利用已经到刻不容缓的阶断。使CO₂固定并转化成低碳醇、低碳烃和有机酸等其它碳源形式存储下来，一方面能缓解温室效应，另一方面还可以为人类提供重要的化工原料，因此当前CO₂的固定和转化受到世界各国前所未有的关注与重视。

目前有关 CO₂的减排、再利用的研究主要集中在寻找化石能源的替代品、开发节能新技术和新工艺、CO₂封存、CO₂再利用四个方面。太阳能、水能、风能、核能和生物质能等新能源是目前研究最多的代替能源。另一方面，淘汰落后工艺，开发节能新技术和新工艺，提高化石燃料利用效率，也可间接减少CO₂排放。 CO₂封存可分为地质封存（GeologicalStorage）和海洋封存（Ocean Storage）两类。但CO₂封存研究只注意到温室效应对地球升温的影响，而忽视了对地球生态的其它影响。

就目前的情况来看，与封存相比，将CO₂转化成高附加值的燃料和大宗化工品可以同时起到储存、利用CO₂与可再生能源的作用，具有重要的战略意义。因为这样不仅能创造可观的经济效益，也在一定程度上增加了碳的“使用寿命”，同时能进一步实现碳的循环利用。能源的枯竭，归根结底是燃料的枯竭。在众多的CO₂的化学应用中，CO₂催化加氢倍受人们的青睐。这不仅仅是因为催化加氢可以为CO₂的减排作贡献，更重要的是这种方式可以将看似无用的CO₂转化为可以直接利用的各种燃料, 其中逆水煤气变换反应 (CO₂+H₂＝CO+H₂O)被认为是最有应用前景的反应之一，所以开发具有高活性、高稳定性和高选择性的逆水煤气变换反应催化剂对CO₂的利用和能源的生产具有重大的意义。逆水煤气变化反应是一个可逆反应，一般情况下，适用于水煤气变换反应的催化剂也适用于逆水煤气变化反应，这类催化剂以铜基催化剂为主。但是逆水煤气变换反应属于吸热反应，高温有利于CO₂的转化和CO的形成。 CN103230799A专利公开了一种用于逆水煤气变换反应的Cu-Zn基催化剂，通过在铜基催化剂中加入Zn和过渡金属、碱金属、碱土金属或稀土元素中的一种或几种，得到了低温下具有较高反应活性和较高CO选择性的催化剂，但是在高温下，铜基催化剂易烧结。开发一种耐高温的逆水煤气反应催化剂具有重要的意义。

发明内容