[发明专利]一种Zn-Al浆状催化剂及其制备方法和在合成气制乙醇中的应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种Zn‑Al浆状催化剂及其制备方法和在合成气制乙醇中的应用。本发明提供的制备方法通过在铝溶胶中引入锌组分，制备得到了Zn‑Al浆状催化剂，该制备方法操作简便，成本较低。本发明制备的Zn‑Al浆状催化剂包括Zn组分和Al组分，能够在温和的条件下催化合成气生成乙醇，且性质稳定，不易失活，降低了合成气制乙醇的成本。本发明提供的Zn‑Al浆状催化剂作为合成气制备乙醇的催化剂时，反应条件温和，在250～340℃、3～5MP的条件下即可催化合成气反应生成乙醇。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种Zn-Al浆状催化剂及其制备方法和在合成气制乙醇中的应用。

背景技术

乙醇由于其无毒和较好的物化性质，是一种重要的有机溶剂，同时也是一种基本的有机化工原料，可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯等化工产品，还是一种制取涂料、染料、洗涤剂等产品的原料。并且乙醇是公认的高辛烷值无污染燃料添加剂，严重污染地下水源的MTBE燃料添加剂正逐渐被淘汰，一旦乙醇作为燃料添加剂成为现实，乙醇的需求量将难以估量。另一方面，粮食不充裕以及石油资源的匮乏，使得规模生产乙醇采用的发酵法和石油基乙烯水合法面临成本与市场价格的挑战。因此，研究开发合成气生产乙醇的技术路线有望解决规模生产乙醇成本较高的问题。

合成气生产乙醇时使用的催化剂可分为三类，分别是Rh基催化剂、Mo基催化剂和Cu基催化剂。Rh基催化剂对乙醇的时空收率和选择性较高，但由于Rh资源有限，催化剂的制备成本高，难以实现工业化；Mo基催化剂有独特的耐硫性且不易发生积碳，产物中醇类较多，水含量较少，但反应条件较为苛刻，实际生产中难以实现；Cu基催化剂包括Cu-Co或Cu-Fe基改性费托合成催化剂和Cu-Zn基改性甲醇催化剂，具备价格低以及反应条件温和等优点，但Cu基催化剂催化合成气生产乙醇时乙醇的选择性低，且Cu基催化剂随着反应的进行，易出现失活等现象。

在长期的研究过程中，研究人员认为乙醇合成过程中铜物种为不可或缺的活性组分，Zuo等研究了Cu团簇和ZnO表面吸附的Cu-O物种在乙醇合成中的作用，他们认为Cu⁰和Cu⁺的共存对于合成CH₃关键中间体是必要的。章日光等认为在Cu(110)晶面，CO插入CH₂是C₂含氧化合物的主要反应，在Cu(211)上，CH₃O解离的CH₃是最有利于CO插入的单体，H辅助CO解离，能垒最低，CHO最易生成；Hofstadt等认为Cu⁰有利于CH₂物种的形成，Cu⁺有利于CH₃O物种的形成，CH₃O和CH₂结合可生成乙醇；王等认为Cu∑5(310)倾斜晶界处合成乙醇的所有步骤，能垒都比Cu(111)表面更低，因为该晶面与所有表面物种的结合更紧密，C-O键断裂能垒降低最明显，促进了CH₂的形成。但无论是哪种机理，都认为铜物种是必不可少的活性物种。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Zn-Al浆状催化剂及其制备方法和在合成气制乙醇中的应用，本发明提供的Zn-Al浆状催化剂能够在温和的条件下催化合成气制备乙醇，同时本发明提供的Zn-Al浆状催化剂具有性质稳定，不易失活的特点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种Zn-Al浆状催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将铝溶胶、多羟基醇和锌源溶液混合，得到溶胶凝胶前驱体；

对所述溶胶凝胶前驱体依次进行老化和热处理，得到Zn-Al浆状催化剂。

优选地，所述铝溶胶的制备方法包括以下步骤：

将铝盐与α-羟基羧酸水溶液混合，得到悬浮液；