[发明专利]一种催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种催化剂及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：将亚铁盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中；然后加入沉淀剂后再加入高锰酸钾，老化、离心分离后得到第一粉末；将第一粉末分散在醇溶剂中，然后加入硅源，再加入氨水和水，搅拌反应后离心分离后即得所述催化剂。本发明的催化剂的制备方法，制备工艺简单，可适用于大规模工业生产；且制备的催化剂为双层壳结构，锰壳有利于锰和铁之间的电子转移，提高产物中烯烃的选择性；硅壳的限域作用有利于碳链增长反应，提高液体燃料的选择性；该双层壳结构的催化剂可以将合成气高选择性地转化为富含烯烃的液体燃料，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

人们日常的出行已离不开液体燃料。目前，汽油、柴油、航空燃油都主要是从石油中提炼出来的。然而随着经济的飞速发展，人们对液体燃料的需求量日益增多，石油资源会逐渐枯竭。严峻的能源形势要求我们寻找未来替代石油的能源，开发一条从其它碳资源中生产液体燃料的新途径。我国具有丰富的煤炭和生物质资源，将其热解转化为合成气(一氧化碳(CO)和氢气(H₂))，再经过费托合成反应(费托合成是一种将合成气在催化剂和适当反应条件下转化为各种化学品或液体燃料的工艺过程)转化为高品质的液体燃料，可能是一条替代石油的途径，近年来受到了研究者们的广泛关注。

将合成气高效地转化为液体燃料的过程中，核心问题是催化剂的设计。现有技术公开了碳壳包覆的氧化铁颗粒，发现碳壳的限域作用有利于液体燃料的生成，汽油的选择性可以达到43.4％。然而该碳壳包覆的氧化铁颗粒选择性还不高。

在实际生产过程中，更高的目标产物选择性有利于降低产品分离过程中的能耗、增加产品收益。如何进一步提高合成气转化过程中液体燃料的选择性、并保证液体燃料中富含高辛烷值的烯烃或异构烷烃，仍然是费托合成领域的一个挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种催化剂及其制备方法和应用，以提高液体燃料的选择性。

第一方面，本发明提供了一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将亚铁盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中；

然后加入沉淀剂后再加入高锰酸钾，老化、离心分离后得到第一粉末；

将第一粉末分散在醇溶剂中，然后加入硅源，再加入氨水和水，搅拌反应后离心分离后即得所述催化剂。

可选的，所述的催化剂的制备方法，所述亚铁盐为氯化亚铁或硫酸亚铁；所述沉淀剂包括碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种；所述醇溶剂为乙醇。

可选的，所述的催化剂的制备方法，高锰酸钾与亚铁盐的摩尔比为0.1～3:1。

可选的，所述的催化剂的制备方法，所述硅源为硅酸乙酯，硅酸乙酯与第一粉末的体积质量比为0.1～5ml:1g。

可选的，所述的催化剂的制备方法，将亚铁盐与聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，并升温至35～95℃，然后加入沉淀剂后再加入高锰酸钾，老化0.5～24h，离心分离后得到第一粉末。

可选的，所述的催化剂的制备方法，所述硅酸乙酯与所述氨水的体积比为1:0.8～100。

第二方面，本发明还提供了一种催化剂，采用所述的制备方法制备得到，所述催化剂包括四氧化三铁核层，包覆在四氧化三铁核层外周的第一二氧化锰壳层以及包覆在第一二氧化锰壳层外周的第二氧化硅壳层。

第三方面，本发明还提供了所述的催化剂在合成气经费托合成反应转化为液体燃料中的应用。

本发明的一种催化剂的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：