[发明专利]一种Cu/ZnO-ZrO2固溶体催化剂及其辉光放电等离子体辅助制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Cu/ZnO‑ZrO₂固溶体催化剂及其辉光放电等离子体辅助制备方法与应用，所述催化剂的制备方法为：将Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Zr(NO₃)₄·5H₂O按比例溶于去离子水，配制金属硝酸盐混合溶液；在70℃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，滴定完毕后，维持上述反应温度，搅拌，静置老化；将产物冷却后进行离心得到固体沉淀，干燥处理得到催化剂前驱体；催化剂前驱体放入辉光放电等离子体设备中处理后焙烧，得到催化剂母体。本发明改善了催化剂中铜的分散度，提高了催化二氧化碳加氢制甲醇的转化率和甲醇收率。

技术领域

本发明属于化工催化技术领域，特别涉及一种Cu/ZnO-ZrO₂固溶体催化剂及其辉光放电等离子体辅助制备方法与应用。

背景技术

21世纪以来，随着经济发展的快速增长，由于大量化石燃料的燃烧，CO₂排放量也越来越大，其引起的温室效应，对人类和自然的环境造成严重的威胁，严重损害了社会经济的良性发展，引起了国内外学者的特别关注，如何减少CO₂排放以及实现对其资源化的利用，成为当前科研工作者需要解决的难点之一。近年来，针对二氧化碳的减排、回收与活化利用，各国一直不懈的寻求有效的方法和途径，比如将CO₂加氢转化成甲醇、甲烷及二甲醚等有机物，都是当前减少二氧化碳有效合理的途径，并且取得了一定的效果。其中，将CO₂加氢制甲醇一直是减少碳排放以及资源化利用的有效途径之一。通过二氧化碳加氢，不仅可以减少CO₂的排放，阻止温室效应的进一步恶化，而且可以将二氧化碳转化为甲醇这一重要化工原料，产生极其重要经济效益和现实意义。

二氧化碳加氢制取甲醇的研究主要瓶颈问题在于催化剂，该催化剂主要分为三类：铜基催化剂、贵金属催化剂和其他催化剂。其中最具研究价值的是铜基催化剂，但铜基催化剂存在诸多问题，如催化剂中活性组分铜容易烧结，催化剂的产物选择性较低等，因此，通过对铜基催化剂的改性优化设计以提高催化剂的物化性质和催化性能仍然是科研人员的重要研究热点。

等离子体是由大量的电子、离子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成，但电子和正离子的电荷数必须相等，整体保持电中性。等离子体具有导电和受磁性影响的性质，与固态、液态、气态在很多方面不同，因此又被成为物质的第四种状态。根据体系能量状态、温度和离子密度，等离子体分为高温等离子体和低温等离子体，高温等离子体体系处于热力学平衡状态，主要应用在受热核反应方面。而低温等离子体属于非热平衡等离子体，具有较高的电子能力和较低的气体温度，低温等离子体的一个重要研究方向是在催化剂领域的应用，是一种制备金属催化剂的绿色新方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种Cu/ZnO-ZrO₂固溶体催化剂及其辉光放电等离子体辅助制备方法与应用，以解决现有技术存在的催化剂的活性组分易烧结和二氧化碳转化率低、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：

本发明的第一个目的是提供一种Cu/ZnO-ZrO₂固溶体催化剂的辉光放电等离子体辅助制备方法，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；