[发明专利]一种动态铜锌催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种动态铜锌催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括，配置浓度呈梯度增加的铜盐和锌盐混合液；配置铝盐溶液；将铜锌混合液按照由低至高的浓度依次加入到铝盐溶液中，同时持续加入碱性沉淀剂形成铜锌铝前驱体；对铜锌铝前驱体进行洗涤、干燥、焙烧、还原。本发明通过在中和时设置梯度铜锌浓度，利用铜锌在焙烧过程中迁移程度不同的特点，在催化剂结构内部构造大量缺陷位点，最终得到堆叠位错密度大、活性位点比例高、介孔孔道数量多的甲醇合成催化剂，可以有效提升催化剂的催化性能。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及到一种动态铜锌催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

甲醇是化工行业最重要的大宗化学品之一，主要用于生产甲醛、甲基叔丁基醚、二甲醚、叔戊基甲基醚、乙酸和乙醛等基础化工产品，还可以通过甲醇制烯烃或甲醇制汽油工艺转化为烯烃和燃料等烃类化合物。诺贝尔化学奖获得者George A·Otah提出了“甲醇经济”的概念，他建议使用甲醇来代替目前广泛使用的化石燃料用作能源储存材料和燃料。甲醇生产离不开高效的甲醇合成催化剂。Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂是催化合成气加氢制甲醇的经典催化剂，也是目前工业上广泛应用的催化剂体系。

Malte等通过制备一系列不同的Cu/ZnO催化剂，并对催化剂进行了原位近常压XPS表征(Behrens,M.,et al.Science.2012,336,893–897.)。XPS结果显示，氧气中煅烧后催化剂表面的Cu:Zn比为70:30，而随着还原的进行，Cu:Zn比可以下降到30:70，并且催化剂重新在氧气中煅烧后，表面的Cu:Zn又变为70:30。这说明Zn物种可逆地在Cu表面和近表面进行迁移。还原气氛下，Zn在表面富集；氧化气氛下，Cu在表面富集。

但目前Cu/ZnO催化剂存在催化性能差、甲醇时空产率低的问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

本发明的其中一个目的是提供一种动态铜锌催化剂的制备方法，通过在中和过程中设计铜锌浓度梯度，使催化剂粒子体相和表面的金属元素浓度呈线性分布，再通过高温焙烧和还原，触发铜锌的受热迁移过程，从而在催化剂结构中构造更多的缺陷位点，扩大催化剂孔道，提升催化活性。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种动态铜锌催化剂的制备方法，包括，

配置浓度呈梯度增加的铜盐和锌盐混合液；

配置铝盐溶液；

将铜锌混合液按照由低至高的浓度依次加入到铝盐溶液中，同时持续加入碱性沉淀剂形成铜锌铝前驱体；

对铜锌铝前驱体进行洗涤、干燥、焙烧、还原。

作为本发明动态铜锌催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述配置浓度呈梯度增加的铜盐和锌盐混合液，为配置铜锌摩尔比由20:1至1:20的若干个逐级增加的浓度。

例如，将浓度梯度设置为5个等级，分别为铜锌摩尔比20:1、15:5、10:10、5:15、1:20；或者为铜锌摩尔比19:1、18:2、10:10、2:18、19:1；或者为铜锌摩尔比18:2、17:3、10:10、3:17、2:18；或者为铜锌摩尔比19:1、16:4、10:10、4:16、1:19等。也可以将浓度梯度设置为3、4、6、7个等级，按照上述方式形成梯度增加即可。

作为本发明动态铜锌催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述铜盐、锌盐和铝盐为可溶性硝酸盐、硫酸盐、氯盐中的一种。