[发明专利]一种炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂及其制备方法

说明书

一种炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂及其制备方法，涉及以氧化铝为载体，钌金属为活性组分，在氧化铝负载钌催化剂上引入炭层的催化剂制备方法。具体步骤是先往氧化铝中引入钌金属，然后浸渍钡前驱体水溶液得到氧化铝负载钌催化剂，接着在含炭气体中于一定温度反应一定时间即得到所述的炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂。与已有方法制备出的炭‑氧化铝复合材料负载钌金属催化剂相比，本发明的催化剂具有较高的氨合成活性和良好的耐热性能，有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于氨合成催化剂技术领域，具体涉及一种炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂的制备方法。

背景技术

氨不仅是化肥的主要原材料，而且是工业领域，比如塑料、医药、炸药、冶金、环保等诸多领域的重要原料之一，是世界上最重要的化学产品和消耗品之一。活性炭为载体的钌催化剂已经实现了工业化应用，因其优异的性能钌催化剂也被誉为是铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂。但是高温高压的苛刻氨合成反应条件不利于活性炭负载钌催化剂的长周期运行，因此人们一直在寻找其它有稳定性较高的材料做为钌系氨合成催化剂的载体材料。氧化铝具有良好的耐热性能，是催化领域的常见的载体材料。

但是氧化铝载体自身较强的酸性以及氧化铝与钌金属之间的强相互作用不利于反应气体包括氮气、氢气和氨气的吸附、解离和脱附，因此以其为载体所制备的钌催化剂氨合成性能不佳。人们尝试将氧化铝和活性炭这两种载体结合在一起，发挥各自的优点以得到高性能的钌基氨合成催化剂。Lin等（Lin B, Wang R, Lin J, et al. Effect ofcarbon and chlorine on the performance of carbon-covered alumina supported Rucatalyst for ammonia synthesis[J]. Catalysis Communications, 2011, 12(15):1452-1457.）报道了利用蔗糖高温裂解得到涂炭的复合载体，其利用氯化钌作为前驱体，在一定程度上提高了氨合成活性。ZL2018108001710报道了在氧化铝上高温裂解含炭气体获得炭-氧化铝复合材料，并以之为载体制备钌基氨合成催化剂，所制备的催化剂具有较好的催化活性和稳定性。显然，现有技术中主要先在氧化铝表面引入炭材料，然后负载钌活性金属来制备同时含有氧化铝和炭的钌催化剂。炭材料主要起载体作用来提高钌金属和助剂组分的分散，改变钌金属的电子密度，进而改善催化剂的氨合成性能。

发明内容

为进一步改善氧化铝负载钌催化剂的氨合成性能，本发明提出一种炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂及其制备方法，以氧化铝为载体，钌金属为活性组分，在氧化铝负载钌催化剂上引入炭层；与已有方法制备出的炭-氧化铝复合材料负载钌金属催化剂相比，本发明的催化剂具有较高的氨合成活性和良好的耐热性能，有较好的应用前景。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）先往氧化铝中引入钌金属；

（2）将步骤（1）所制得的样品浸渍钡前驱体水溶液得到氧化铝负载钌催化剂；

（3）将步骤（2）所制得的氧化铝负载钌催化剂在含炭气体或含炭混合气体中于一定温度反应一定时间即得到所述炭@氧化铝负载钌基氨合成催化剂。

步骤（1）中，引入的钌金属负载量为氧化铝质量的2-20%。

步骤（2）得到的氧化铝负载钌催化剂中，Ba与Ru的摩尔比为0.05-10:1；所述的钡前驱体为硝酸钡、醋酸钡和草酸钡中的一种。

步骤（3）中，所述的含炭气体为甲烷、乙烷、丙烷、乙炔和丙炔中的一种；气体的流速为1-500mL/min。