本發明涉及催化劑,具體涉及一種催化劑及其制備方法和應用。
背景技術:
1、隨著全球工業化進程的快速發展,日益增多的人類活動不僅加速化石燃料的消耗,還會導致溫室氣體二氧化碳(co2)的大量排放,導致全球變暖和其他氣候問題。在這種情況下,如何有效降低空氣中的co2濃度成為近年來最迫切的研究領域之一。
2、現有技術的研究中已經包含將co2轉化為各種高附加值的工業產品,如甲酸、乙酸、甲醇以及碳酸酯等。其中將co2和ch4轉化為乙酸是一個綠色的原子經濟過程。但是目前的研究中ch4和co2直接轉化產生的乙酸產量非常低,有大量的副產物生成。因此迫切需要開發出用于co2和ch4直接制備乙酸的新型高效非貴金屬催化劑。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中的上述問題,本發明提出了一種催化劑及其制備方法和應用。
2、第一方面,本發明提出了一種用于甲烷和二氧化碳合成乙酸的催化劑,包括氧化銦載體和負載于氧化銦載體上的金屬mg和金屬ni。
3、作為本發明的具體實施方式,氧化銦為針狀氧化銦。
4、作為本發明的具體實施方式,催化劑中金屬ni、金屬mg和氧化銦載體的質量比為1:(1~5):(1~50)。
5、第二方面,本發明提供了一種用于甲烷和二氧化碳合成乙酸的催化劑的制備方法,包括如下步驟:使包含銦鹽、鎂鹽和鎳鹽的溶液在沉淀劑和表面活性劑存在下進行溶劑熱反應,經離心、干燥、煅燒后制得催化劑。
6、作為本發明的具體實施方式:
7、步驟一:將銦鹽、鎂鹽和鎳鹽與溶劑混合后制備成溶液a。
8、步驟二:向所述溶液a中加入沉淀劑得到溶液b。
9、步驟三:向所述b溶液中加入表面活性劑后進行溶劑熱反應,離心、洗滌、干燥、煅燒后得到催化劑。
10、作為本發明的具體實施方式,步驟一中溶劑為去離子水、甲醇、乙醇或丙酮中的任意一種。
11、作為本發明的具體實施方式,銦鹽為硝酸銦、氯化銦、碘化銦、氟化銦或硫酸銦中的任意一種。
12、作為本發明的具體實施方式,鎂鹽為硝酸鎂、氯化鎂或硫酸鎂中的一種。
13、作為本發明的具體實施方式,鎳鹽為硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳中的一種。
14、作為本發明的具體實施方式,所述表面活性劑為季銨鹽表面活性劑。
15、作為本發明的具體實施方式,銦鹽與溶劑的質量比為1:(3~31)。
16、作為本發明的具體實施方式,鎳鹽與銦鹽的質量比為1:(1~50)。
17、作為本發明的具體實施方式,鎳鹽與鎂鹽的質量比為1:(1~5)。
18、作為本發明的具體實施方式,步驟二中沉淀劑為碳酸銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、碳酸鈉或碳酸氫鈉中的一種。
19、作為本發明的具體實施方式,鎳鹽與沉淀劑的質量比為1:(1~50)。
20、作為本發明的具體實施方式,步驟三中季銨鹽表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨中的任意一種。
21、作為本發明的具體實施方式,鎳鹽與季銨鹽表面活性劑的質量比為1:(1~50)。
22、作為本發明的具體實施方式,步驟三中溶劑熱溫度為80~200℃,溶劑熱時間為6~48h。
23、作為本發明的具體實施方式,步驟三中干燥為真空干燥,干燥溫度為50~100℃,干燥時間為4~24h。
24、第三方面,本發明提供了一種采用本發明第二方面提供的方法制備得到的催化劑。
25、第四方面,本發明提供了一種甲烷和二氧化碳合成乙酸的方法,包括采用本發明第一方面提供的催化劑或本發明第二方面提供的方法制備得到的催化劑,利用甲烷與二氧化碳進行反應合成乙酸。
26、優選地,反應在固定床反應器中進行。
27、優選地,所述催化劑與耐高溫纖維棉混合后裝入固定床反應器中,通入惰性氣體吹掃后升溫至所需反應溫度,然后切換為甲烷與二氧化碳進行反應。
28、優選地,以質量比記,催化劑與耐高溫纖維棉質量比為(1~12):1;甲烷與二氧化碳二者體積比為1:(1~6),反應壓力為1~60atm,反應溫度為300~600℃。
29、第五方面,本發明提供了一種采用本發明第一方面提供的催化劑或采用本發明第三方面提供的的催化劑或采用本法發明第三四面提供的方法在甲烷和二氧化碳合成乙酸中的應用。
30、催化劑中金屬mg的存在可提高催化劑的堿性并進一步提高催化劑對二氧化碳分子的吸附作用,金屬鎳的存在有助于甲烷活化;本發明制備的催化劑,在氧化銦表面形成nio-mgo固溶體,金屬mg和金屬ni發揮協同作用,一方面增強了催化劑對co2的吸附能力,另一方面提高了催化劑中ni的分散度,既可以保證催化劑的高催化活性,也可以保證催化劑的催化活性穩定。
31、同時,跟其他形貌的氧化銦相比,針狀氧化銦載體具有更大的比表面積,能夠暴露更多的活性位點,針狀氧化銦載體與活性組分ni形成強相互作用,增強活性組分ni分散性,減少ni晶粒尺寸,從而提高催化劑的性能。
1.一種催化劑,其特征在于,包括氧化銦載體和負載于所述氧化銦載體上的金屬mg和金屬ni。
2.根據權利要求1所述的催化劑,其特征在于,所述氧化銦載體為針狀氧化銦載體。
3.根據權利要求1或2所述的催化劑,其特征在于,所述催化劑中金屬ni、金屬mg和氧化銦載體的質量比為1:(1~5):(1~50)。
4.一種催化劑的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:使包含銦鹽、鎂鹽和鎳鹽的溶液在沉淀劑和表面活性劑存在下進行溶劑熱反應,經離心、干燥、煅燒后制得催化劑。
5.根據權利要求4所述的方法,其特征在于,包括如下步驟:
6.根據權利要求4或5所述的方法,其特征在于,所述銦鹽與所述溶劑的質量比為1:(3~31);和/或,所述鎳鹽與所述銦鹽的質量比為1:(1~50);和/或,所述鎳鹽與所述鎂鹽的質量比為1:(1~5)。
7.根據權利要求4-6任一項所述的方法,其特征在于:步驟二中所述沉淀劑為碳酸銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、碳酸鈉或碳酸氫鈉中的一種。
8.根據權利要求4-7任一項所述的方法,其特征在于,所述鎳鹽與所述沉淀劑的質量比為1:(1~50)。
9.根據權利要求4-8任一項所述的方法,其特征在于,步驟三中所述季銨鹽表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨中的任意一種;和/或,所述鎳鹽與所述季銨鹽表面活性劑的質量比為1:(1~50)。
10.根據權利要求4-9任一項所述的方法,其特征在于,步驟三中溶劑熱反應的溫度為80~200℃,時間為6~48h;和/或,步驟三中干燥為真空干燥,干燥溫度為50~100℃,干燥時間為4~24h。
11.一種采用權利要求4-10任一項所述的制備方法制備得到的催化劑。
12.一種甲烷和二氧化碳合成乙酸的方法,包括采用權利要求1-3任一項所述的催化劑或權利要求11所述的催化劑,利用甲烷與二氧化碳進行反應合成乙酸;優選地,反應在固定床反應器中進行;優選地,所述催化劑與耐高溫纖維棉混合后裝入固定床反應器中,通入惰性氣體吹掃后升溫至所需反應溫度,然后切換為甲烷與二氧化碳進行反應;優選地,以質量比記,催化劑與耐高溫纖維棉質量比為(1~12):1;甲烷與二氧化碳二者體積比為1:(1~6),反應壓力為1~60atm,反應溫度為300~600℃。
13.權利要求1-3任一項所述的催化劑或權利要求11所述的催化劑或權利要求12所述的方法在甲烷和二氧化碳合成乙酸中的應用。