[发明专利]一种活性相高度分散的钴基费托合成催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种活性相高度分散的钴基费托合成催化剂的制备方法，所述的催化剂以纳米碳球为载体，粒径均一的氧化亚钴纳米颗粒高度分散在碳球载体之上，经测试，催化剂中钴的分散度可高达15％以上，且还原之后颗粒仍然保持超高分散度。氧化亚钴纳米颗粒的粒径为5～60nm，钴的负载量为2～30％。其合成方法为：将一定量乙酰丙酮钴盐溶于邻二氯苯和苄胺混合溶液中，得到溶液A，再将一定质量碳球加入溶液A中，在室温剧烈搅拌下超声分散30～90min后，在170～220℃下回流1～5h。反应完成后将得到的固体离心后用无水乙醇清洗3‑5次，再于40～120℃烘箱干燥5h，费托合成性能测试结果表明，通过本发明的方法得到的催化剂活性更高，甲烷选择性更低且碳五加选择性更高。

技术领域

本发明涉及费托合成催化剂技术领域，具体涉及一种活性相高度分散的钴基费托合成催化剂及其制备方法。

背景技术

费托合成反应是将煤、天然气、生物质等转化而来的合成气催化转化为燃料油和增值化学品的重要反应。近几年我国石油对外依存率逐年升高，而到2017年为止煤炭资源在能源消耗量的占比已经达到了60％以上。通过将由煤炭资源转化而来的合成气，催化转化为液态燃油和升值化学品，不仅能大大提高碳资源利用率，还能从源头消除煤资源中的污染物，同时，该技术也为缓解中国过度依赖石油进口提供了重要保障，对保障我国能源安全具有重大战略意义。

费托合成钴基催化剂活性高、重质烃选择性高、稳定性好，尤其适用于天然气转化而来的体积比H₂/CO＝2的合成气，因而被广泛应用于工业生产。明确钴基催化剂体系构效关系，开发新一代性能更佳的钴基催化剂对工业生产有巨大支持作用。传统钴基费托合成催化剂通过浸渍法或沉淀法制备，一般是将钴盐浸渍或沉积到载体之上，再经过干燥，焙烧，获得催化剂粉末，为使钴盐充分分解生成氧化物，焙烧温度一般在350℃以上，焙烧时间一般大于3h，然而长时间的高温焙烧会导致钴的大量团聚，而影响催化性能。

获得粒径均一并且活性相高度分散的催化剂不仅对进一步研究催化剂构效关系至关重要，也是获得性能更佳催化剂的重要途径。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种活性相高度分散的钴基费托合成催化剂及制备方法，该方法将制备纳米颗粒的热分解法引入了催化剂的合成，让氧化亚钴纳米颗粒依附于碳球成核生长，免去了焙烧过程，得到的催化剂颗粒粒径均一、可控，且活性相氧化亚钴高度分散在碳球表面。

该催化剂的合成方法简单，操作方便。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种活性相高度分散的钴基费托合成催化剂，所述的催化剂以纳米碳球为载体，纳米碳球上负载有高度分散且粒径均一的立方晶相氧化亚钴纳米颗粒，氧化亚钴纳米颗粒的平均粒径为(3～60)nm，钴的负载量(以钴元素计)为2％～30％。

进一步，所述纳米碳球的平均粒径为100nm～1000nm，优选为200nm-500nm。

进一步的，所述氧化亚钴纳米颗粒的平均粒径为(3～30)nm，其粒径分布的D90与与D10差值不超过10nm。

进一步的，所述氧化亚钴纳米颗粒的平均粒径为(3.4～6.1)nm，其粒径分布的D90与D10差值不超过8nm。

本发明所制备的钴基费托合成催化剂表面负载的氧化亚钴纳米颗粒的平均粒径小于7nm时，活性相分散度可达15％以上。

一种上述活性相高度分散的钴基费托合成催化剂的合成方法，包括如下步骤：