[发明专利]一种负载型钌镍合金氨合成催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种负载型钌镍合金氨合成催化剂及其制备方法和应用。为实现催化剂中金属钌和镍的紧密接触，使氨合成反应在相对较低的反应温度和压力下进行，并获得高氨气生成速率，本发明以钌镍合金为催化剂活性组分，以铈钛复合氧化物为载体。催化剂中，钌镍原子摩尔比为1:(0.1‑0.6)，钌镍合金在载体上的负载量为1‑8％。铈钛复合氧化物中铈钛原子比为1:(1‑10)。催化剂活性组分中钌镍金属原子有助于提高催化剂低温低压氨合成活性，钌镍合金与铈钛复合氧化物载体之间的强相互作用提高了催化剂的稳定性。本发明提供的制备方法简洁，催化氨合成效果好，具备工业应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种负载型钌镍合金氨合成催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氨(NH₃)是关系国计民生的基础化工原料，广泛用于化肥、环保、制冷等领域。同时，NH₃作为氢经济的理想能源载体和未来无碳燃料引起广泛的关注。工业固氮中的Haber-Bosch工艺需要高温(400～500℃)和高压(20～40MPa)。从国内煤制合成氨工艺来看，原料、蒸汽、设备消耗分别占了合成氨总成本的59％、15％、11％。由于反应消耗大量氢气，且需要在高温高压下操作，所以传统的工艺能耗较大。在现代绿色化学环境下，将可再生的N₂转化为氨气作为一种生产“绿色能源”的工艺，以及逆过程氨分解制氢成为当下的研究热点。

为了减少氨合成反应所需的高能耗，关键在于研发温和条件下仍具有高活性和高稳定性的合成氨催化剂。由于钌基催化剂在低温低压下具有优越的氨合成催化性能，引起氨合成领域的广泛关注。但是，钌是一种稀有金属，高昂的价格不利于工业化试验应用推广。如何精确构建活性位点，提升催化性能，提高金属钌原子经济，是钌基催化剂走向工业应用需要解决的技术问题。

当前，在钌基催化剂中加入第二金属，通过双金属与金属钌的协同催化效应来达到减少钌的使用量并提高催化性能。在2006年，Yang等报道了含第二金属铁、钴、镍、钼的钌基氨合成催化剂具有优异的活性(Yang,Z.；Guo,W.；Lin,J.；Liao,D.Supported Catalystswith Ru-M(M＝Fe,Co,Ni,Mo)Bimetallic Active Centers for AmmoniaSynthesis.Chinese.J.Catal.2006,27,378-380)。中国专利CN112058277A公开了一种用于氨合成的高活性催化剂及其制备方法，以钌、钴双金属为活性组分制备氨合成催化剂，在低温低压下氨合成具有较高活性。

钌镍催化剂已经在氨合成反应中表现出较高活性。但常规共浸渍法制备的钌镍基氨合成催化剂不能保证催化剂上金属钌和金属镍完全紧密接触，常存在孤立的金属钌和金属镍位点，使得催化剂不能充分形成钌镍双金属活性组分。本发明采用直接定向制备钌镍合金的方法，精准构建金属钌镍使其具有特定的活性位点，提高钌基氨合成催化剂的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于构建以钌镍双金属为催化剂活性组分的氨合成催化剂。本发明要解决的技术问题之二在于提供上述催化剂制备方法，制备钌镍合金，实现金属钌和镍的紧密接触。本发明要解决的技术问题之三在于提供上述催化剂在氨合成反应中的应用，使氨合成反应在相对较低的反应温度和压力下进行，并获得高氨气生成速率。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种负载型钌镍合金氨合成催化剂，所述催化剂以钌镍合金为活性组分、以铈钛复合氧化物为载体，所述钌镍合金中的钌镍原子摩尔比为1：0.1～0.6，所述铈钛复合氧化物中铈钛原子摩尔比为1：1～10，钌镍合金在载体上的负载量为1～8％。

一种负载型钌镍合金氨合成催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，铈钛复合氧化物载体的制备：