[发明专利]一种铝共享金属-沸石双功能催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明涉及环保及CO₂加氢催化技术领域，具体是提供一种铝共享金属‑沸石双功能催化剂，包含：Cu‑MO_x‑Al₂O₃纳米微粒和纳米ZSM‑5沸石；M为金属元素，Cu以铜金属或铜氧化物形式存在；所述纳米ZSM‑5沸石原位生长在所述Cu‑MO_x‑Al₂O₃纳米微粒的表面，且所述纳米ZSM‑5沸石与Cu‑MO_x‑Al₂O₃纳米微粒共享Al原子。该双功能催化剂中的纳米ZSM‑5沸石与CMAl纳米微粒之间共享Al原子，以Al为媒介使二者紧密结合，大大缩短了传统双功能催化剂中两种催化剂成分的间距，从而显著增强了其协同效应、优化了催化性能。本发明还涉及所述铝共享金属‑沸石双功能催化剂的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及环保及CO₂加氢催化技术领域，尤其是一种可催化CO₂加氢反应的铝共享金属-沸石双功能催化剂及制备方法和应用。

背景技术

有证据表明，人类活动是导致目前全球气候危机的主要原因，其中尤以过度向大气中排放CO₂影响最大。与提高能源效率和开发可再生能源等传统减排方法相比，通过催化加氢反应直接将CO₂转化成低碳化学品(甲醇，二甲醚，芳香烃等)的技术路线正受到越来越多的关注。它既能有效降低CO₂的排放量，又能促进清洁能源和化学工程等产业的发展，因而具有广阔的应用前景。

CO₂向低碳化学品的转化过程主要包括两个反应步骤，即可逆的甲醇加氢合成(Methanol Synthesis，MS)反应和不可逆的甲醇脱水(Methanol Dehydration，MD)反应。其中，MS反应需要在高温(200～300℃)、高压(3～10MPa)下进行，常用的催化剂是以Cu-ZnO-Al₂O₃为代表的铜基催化剂；MD反应需要在高温(300～350℃)下进行，常用的催化剂为固体酸催化剂，如沸石分子筛、活性氧化铝等。两步法是实现CO₂合成低碳化学品的传统方法，原料气先经过加氢催化剂床层生成甲醇，再经过脱水催化剂床层生成液体燃料。但由于两步反应的反应条件并不相同，往往需要设计建造不同的反应床，导致成本增加，不利于提高经济效益。针对这一问题，本领域技术人员进一步提出了一步法的解决思路，期望在同一个反应床中同时完成MS和MD两个反应。这将显著提高该工艺的经济性，然而也对催化剂提出了更高的要求。