[发明专利]一种氮掺杂石墨化多孔碳负载的钴基催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂石墨化多孔碳负载的钴基催化剂及制备方法，属于金属催化剂技术领域。本发明的氮掺杂石墨化多孔碳材料NGMC‑800的制备方法，包括以下步骤：(1)将介孔碳材料GMC‑800与二氰二胺C₂H₄N₄混合研磨得到混合物；(2)将步骤(1)的混合物进行煅烧，得到氮掺杂碳材料NGMC‑800。本发明的制备方法得到的石墨化介孔碳NGMC‑800介孔结构规整有序，孔容和比表面积相对较大，孔径分布相对集中。

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂石墨化多孔碳负载的钴基催化剂及制备方法，属于金属催化剂技术领域。

背景技术

费托合成能将合成气转化为烯烃、汽油和柴油等清洁化工燃料或者有价值的化学品。在以钴为催化剂的费托合成反应中，通常选用SiO₂、Al₂O₃和TiO₂等氧化物为载体，然而这些载体易在低温下与钴生成难以还原性物种，不利于活性金属的充分利用。而对于碳材料而言，其表面所呈现惰性、耐酸碱性和优良的耐热性等特点，使得催化剂在制备锻烧过程中不易生成难还原化合物，有利于钴的还原。然而，由于介孔碳表面的强疏水性，使得其表面呈惰性。因此，需要对其结构进行改性修饰，引入起活化作用的基团，进而提高钴在介孔碳上的分散性能。

通常情况下，利用硝酸或者硫酸等这类强氧化性酸对碳材料进行氧化处理，引入含氧基团。这些含氧基团引入虽然有效的增强金属和碳载体间的相互作用力，还降低了碳载体表面张力，但是酸对于碳材料的性能具有一定的损伤，进而影响催化剂的使用。

还有一种方法是将介孔碳置于氮气气氛下高温处理。在碳纳米管方面，Hsu等(HsuS.C.,Lu C.,Su F.,et al.Thermodynamics and Regeneration Studies of CO2Adsorption on Multi-walled Carbon Nanotubes[J].Chem.Eng.Sci.,2010,65(4):1354-1361.)采用了嫁接法将3-氨丙基-三乙氧基硅烷(APTS)锚定在多壁碳纳米管(MWCNT)上，将其用于CO₂吸附，通过研究他们发现，在水汽含量为2.2％时，CO₂吸附剂量最高达到107.8mg/g，100次循环后的CO₂吸附量下降不明显。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种氮掺杂石墨化多孔碳负载的钴基催化剂及制备方法。本发明以大豆油为碳源，采用简单的一步固-液球磨合成了具有高比表面积和孔容的石墨化有序介孔碳材料，然后通过简单的一步固-固研磨法将介孔碳材料与C₂H₄N₄研磨锻烧得到了所述的氮掺杂石墨化多孔碳负载的钴基催化剂。

本发明的第一个目的是提供一种氮掺杂石墨化多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将介孔碳材料与二氰二胺C₂H₄N₄混合研磨得到混合物；

(2)将步骤(1)的混合物进行煅烧，得到氮掺杂石墨化多孔碳材料，标记为NGMC-800。

在一种实施方式中，所述的介孔碳材料的制备方法为：

S1：采用固-液球磨模板法将SBA-15与大豆油混合均匀；

S2：将S1的混合物转入石英管式炉中，升温至800℃碳化；

S3：将S2的混合物用NaOH溶液刻蚀，即可得到所述的介孔碳材料，标记为GMC-800。

在一种实施方式中，步骤(1)中介孔碳材料(GMC-800)和二氰二胺(C₂H₄N₄)质量比为1:1。