[发明专利]一种负载型Cu-Fe基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于CO加氢合成高碳醇的负载型Cu‑Fe基催化剂，包括活性组分Cu、Fe和载体，其中所述载体为碳纳米管和CeO₂或其混合物。本发明还公开了如上所述的负载型Cu‑Fe基催化剂的制备方法和其在CO加氢合成高碳醇中的应用。本发明的负载型Cu‑Fe基催化剂，通过液相还原反应能够均匀地分散在载体的表面，充分提高催化效率，提高反应中的醇类和高碳醇的选择性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种用于CO加氢合成高碳醇的负载型Cu-Fe基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

高碳醇一般泛指六个原子以上的醇类物质，是一类重要的化合物，广泛应用于化学，制药和能源等领域。在化工和高分子工业中，它们通常用作原料和中间体，用于合成所需要的商品和特种产品。例如，高碳醇作为基础原料，可用来合成增塑剂，洗涤剂和表面活性剂等精细化工产品。根据碳链的长短和用途来分，其中C₆～C₁₁醇作为增塑剂醇，C₁₂～C₂₀醇作为洗涤剂醇。通过洗涤剂醇合成的表面活性剂具有生物降解性好、洗净力强和低温洗涤等一系列优点。国内以天然原料为主，但以合成原料生产的高质量洗涤剂醇依赖进口。

目前，高碳醇主要通过糖发酵(乙醇和异丁醇)或石油衍生的烯烃(较重的醇)的水合反应来生产，但它们从合成气(CO+H₂)直接合成将变成更环保，通用和经济的替代品。然而，至今没有任何催化反应系统能够很好地运用到实际工业生产中。

费托合成是一类重要的化工反应，能够将由煤气化获得的合成气转化为一系列烃类和醇类化合物。通过合成气中间体把煤、天然藻类和生物燃料转化为液体燃料，将成为未来生产清洁燃料的重要途径。通过费托合成反应，利用合成气为原料制高碳醇更能提高反应经济性，增加产品的附加值。

合成气制高碳醇的反应式如下方程式，其中CO在催化剂表面选择性加氢直接生成醇：

2nH₂+nCO→C_nH_2n+1OH+(n-1)H₂O

自从合成气中制高碳醇的早期发展以来，人们对其潜在的反应机理提出了各种各样的理论。Xu等人(Xiaoding Xu，E.B.M.Doesburg，J.J.F.Scholten.Synthesis of higheralcohols from syngas-recently patented catalysts and tentative ideas on themechanism[J].Catal.Today,1987,2(1):125-70.)提出的CO插入机理在高碳醇合成过程中被人们广泛接受。通常生成醇类的反应包括CO解离、碳链增长和CO插入，然后逐步加氢生成醇。通常认为在费托合成中，Fe有利于CO的解离吸附，具有碳链增长能力；而Cu有利于CO的非解离吸附，对合成醇有利。而且Cu和Fe元素原料易得，因此CuFe双金属催化剂被认为是CO加氢合成高碳醇最有工业应用前景的催化剂。为了满足未来对高碳醇的需求，从合成气开始的更广泛的路线应用更具吸引力，因为非常规天然气、生物质甚至二氧化碳都可以用于未来生产这种原料，从而带来明显的可持续性优势。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种CO加氢合成高碳醇的负载型Cu-Fe基催化剂及其制备方法，通过液相还原反应能够均匀地分散在载体的表面，充分提高催化效率，提高反应中的醇类和高碳醇的选择性。

本发明的第一个目的在于提供一种负载型Cu-Fe基催化剂，用于CO加氢合成高碳醇，所述负载型Cu-Fe基催化剂包括活性组分Cu、Fe和载体，其中所述载体为碳纳米管和CeO₂或其混合物。