[发明专利]一种介孔纳米微球镍镁钙复合氧化物催化剂及应用

说明书

本发明涉及一种介孔纳米微球镍镁钙复合氧化物催化剂及应用。其具体制备步骤如下：(1)将镍盐与镁盐制备成水溶液；(2)在上述溶液中加入高分子表面活性剂，经水热后制备出纳米微球镍镁复合氧化物；(3)将钙盐制备成水溶液；(4)将钙盐水溶液浸渍到纳米微球镍镁钙复合氧化物，得到所述的介孔纳米微球镍镁钙复合氧化物催化剂。本发明所提供的介孔纳米微球镍镁钙复合氧化物催化剂可以催化甲烷与二氧化碳共转化制乙酸，具有良好的催化活性和选择性。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其是涉及一种介孔纳米微球镍镁钙复合氧化物催化剂及应用。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，消耗了大量的化石燃料，大气中CO₂的含量也随之增多。大气中过高的CO₂含量对生态平衡和气候造成了极其大的负面影响， CO₂的排放问题引起社会上的广泛关注。同时，人类面临着燃料资源日渐匮乏的难题，能源日益贫乏，尤其是石油资源绝对短缺，已成为阻碍经济持续发展的重要因素。CO₂作为潜在的碳源物质，是一种具有巨大潜力的可再生资源。然而，将CO₂直接排放大气，既是对资源的浪费也会造成环境污染，因此开展 CO₂的分离、固定和转化对自然界丰富的CO₂进行转化利用，既可以减轻温室效应，又可以生成有机燃料，和其它有机化工原料或化工产品，同时还可以减少由其它化工原料反应而带来的对环境的污染问题。当然，目前工业排放的 CO₂量和通过利用CO₂所消耗的CO₂量之间存在相当大的差距，但是，二氧化碳是廉价而又丰富的碳资源，因此加强对CO₂的转化利用具有资源、环境以及经济效益等多方面的意义(CatalToday.,2015,256,88)。

CO₂和CH₄作为主要的温室气体，以CH₄、CO₂为原料直接转化为乙酸是一种原子利用率100％的反应，可以综合利用CO₂和CH₄资源。CH₄、CO₂直接转化为乙酸能够实现对难活化的小分子物质CO₂和CH₄的转化，同时减轻这两种主要温室气体对环境造成的影响，具有环保、科学、经济等多方面的研究价值(ACS Catal.,2021,11,3384)。Wilcox等首先利用AspenPlus^TM进行吉布斯自由能最小化计算，结果表明，甲烷的转化率随着压力和温度的升高而升高，但即使反应进料组成为95％CO₂和5％CH₄并且在1000K、100atm最有利的热力学条件下进行，甲烷的转化率也仅为1.6×10^-6。同时，该团队还开发了5％Pd/C 和5％Pd/Al₂O₃催化剂，CO₂和CH₄在5％Pd/Al₂O₃催化剂、400℃左右生成气相乙酸且乙酸产量为1.5×10^-6μg·g^-1·h^-1(Catal Today.,2003,88,83)。黄伟教授等开发了V₂O₅-PdCl₂/Al₂O₃催化剂，在反应过程中通入O₂，使得甲烷与二氧化碳直接制备乙酸的最高生成率为180μg·g^-1·h^-1，O₂的通入可降低反应能垒，使反应可以在较低的温度下进行(J.Nat.Gas.Chem.,2004,2,13)。然而，Pd等贵金属催化剂的制备成本高，同时催化活性仍较差，因此迫切需要开发出用于CO₂和 CH₄直接制备乙酸的新型高效非贵金属催化剂。

发明内容