[发明专利]一种蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe3

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe₃O₄@C)/C及其制备方法和应用。将生物质与Fe‑MOF‑74的前驱体溶液进行反应，在生物质孔道内原位生成Fe‑MOF‑74，再经过炭化制备出蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe₃O₄@C)/C。本发明制备的蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe₃O₄@C)/C强化了气体的传质效果，促进反应气体和活性相的反应提高了催化剂的活性，在加氢催化剂合成反应中表现出较高的CO的转化率和C₂‑C₄的选择性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种蜂窝状铁基加氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于化石燃料的迅速枯竭和温室气体排放导致的环境问题，全世界对可再生能源的需求日益迫切。木材衍生材料，特别是纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶，近年来在新兴应用领域取得了重大进展，特别是在催化剂载体领域得到广泛应用，MOFs衍生的金属多孔材料作为良好的催化剂，两者的有效结合为清洁可再生能源的研究带来了希望。

MOFs材料可作为合成多孔碳材料的理想牺牲模板，在不同的温度和时间等条件下可以形成不同的热解材料。MOFs材料在惰性气体的氛围下煅烧可以得到多孔碳材料，同时有机配体经过炭化，金属离子经过还原，可以得到负载金属的碳基材料。如果在空气中煅烧同样可以形成负载金属氧化物的碳基材料。这些材料均可应用于不同的催化反应。由于MOFs材料结构中的金属中心与有机配体相连且分散度较高，因此在高温炭化的过程中，有机配的热解使得金属难以团聚，有望形成高度分散、粒径小的活性催化中心。MOFs材料的热解还具有另一个优点，即有机配体在热解过程中会生成多孔碳，同时会部分包裹住金属颗粒，这样更有利于催化剂稳定性的提高。

中国专利CN108246333A公开了一种过渡金属纳米复合催化剂及其制备方法，(1)先以尿素煅烧制备g-C₃N₄；(2)原位合成的MOF-74-M (M为Fe、Co或Ni)在600～800℃进行碳化，原位合成碳负载的过渡金属纳米颗粒Fe、Co或Ni；(3)将Fe、Co或Ni和g-C₃N₄加至溶剂中，搅拌、超声和去溶剂处理，得到过渡金属纳米复合催化剂。该方法制备的复合催化剂仅仅是在载体表面负载催化剂，在用于催化气体反应时，大部分气体在通过反应器时，是处于闲置状态，催化效率不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的催化剂催化效率不高的缺陷，本发明的目的在于提供一种蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe₃O₄@C)/C及其制备方法和应用。以Fe-MOF-74和生物质作为前体，使得Fe-MOF-74在生物质孔道内生长，再经过炭化制备出蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe₃O₄@C)/C，强化了气体的传质效果，促进反应气体和活性相的反应提高了催化剂的活性。具体技术方案如下：

(1)预处理：将生物质与双氧水进行回流反应，洗涤、干燥、密封保存待用；

(2)配制：将铁盐和2,5-二羟基对苯二甲酸溶于DMF、甲醇和去离子水的混合溶液中，搅拌均匀，制得Fe-MOF-74的前驱体溶液；

(3)反应：将步骤(1)中的预处理后的生物质与步骤(2)中的Fe-MOF-74的前驱体溶液进行水热反应，冷却，取出生物质，干燥待用；

(4)炭化：将步骤(3)中反应后的生物质进行煅烧，洗涤、干燥，得到蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe₃O₄@C)/C。

优选地，步骤(1)中所述回流反应的温度为50～120℃，反应时间为1～36h；所述洗涤为用去离子水对生物质进行洗涤3～6次。