[发明专利]一种制备纳米线泡沫堆积结构的费托催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米线合成技术领域，具体涉及一种制备纳米线泡沫堆积结构的费托催化剂的方法。

背景技术

费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis)是煤间接液化技术之一，简称为F-T反应，它是以合成气(CO和H₂)为原料在金属催化剂(主要是铁系和钴系)催化下合成以石蜡烷烃或短链烯烃为主的化工原料的工艺过程。在中东油田大开发之前，费托合成在某些国家得到很大的发展，尤其是德国，在二战时即有大量的油气资源来自于费托合成。相比于常规的石油裂解技术，费托合成具有不含硫化物、氮化物和无芳烃等优点，特别是在石油价格居高不下的当代，费托技术有更大的经济和现实意义。(Mark E. Dry. Catal. Today, 2002, 71, 227–241）

纳米线是一种纳米尺度(1纳米=10^-9米)的线，也就是在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构。这种尺度上，具有较大的量子力学效应,因此也被称作量子线。根据组成材料的不同，纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线，半导体纳米线和绝缘体纳米线以及其它生物质纳米线。(Yi Cui, Qingqiao Wei,Hongkun Park, Charles M. Lieber^?, Science., 2001, 293(5533), 1289-1292)纳米线具有超大表面和高度韧性，应用于催化反应时，具有接触表面大、机械强度高等特点。

蒸汽相传输法（VPT）即利用蒸汽相模板剂作为主要的转化诱发物，通过气相转化得到目标产物。此法具有模板剂用量小、易于回收利用、节约用水等特点。从环境保护，节约成本出发，蒸汽相转化法相比水热法更适宜于某些工业催化剂的合成。当将工业催化剂进行纳米线转化时，蒸汽相将诱发纳米线材料的生长，通过控制反应时间和温度，费托催化剂球体形貌得以保留，而表面发生纳米线化，形成类泡沫结构，用于费托合成时，可以得短链烃类尤其是乙烯、丙烯的高选择性。

发明内容

本发明目的在于提出一种保留费托催化剂整体形貌、表面纳米线化的纳米线泡沫堆积结构的费托催化剂的制备方法。

本发明提供的纳米线泡沫费托催化剂的制备方法，具体步骤为：

（1）通过化学沉淀和喷雾干燥法，合成费托工业催化剂： 

取50g-600g Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于300-1000g水中，将25%（w/w）氨水加入溶液中至PH为7~8，加入100g 40%（w/w）硅溶胶，形成浆液，然后喷雾干燥，得到的粉体在旋转炉中550~650℃焙烧4~8h； 

（2）取费托工业催化剂，置于VPT反应釜中，在釜底加入有机胺和水，有机胺总量与催化剂含硅量摩尔比为3~12，水量与催化剂含硅量摩尔比为10~150；

（3）放入160-220℃烘箱中，进行蒸汽相转化，24-72小时，取出后过滤分离、烘干，550~650℃焙烧4~8h，得到纳米线泡沫堆积结构的费托催化剂。

本发明中，所述有机胺选自乙胺、乙二胺、三乙胺、二乙胺中的一种或两种。 

本发明中，所选用的有机胺与工业催化剂的优选配比为0.8~3.5g三乙胺：2.0~9.5g乙二胺：0.5~2.0g水：1g工业催化剂 。

本发明中，所用硅源为硅溶胶，所用铁源为九水合硝酸铁，其铁硅体系比： Fe₂O₃/ SiO₂=0.04-0.48（摩尔比）。 

本发明所制备的纳米线泡沫堆积结构的费托催化剂为15-35μm级半球形颗粒。表面密布纳米线，EDX检测说明含铁量与原样基本保持一致。

本发明制备的纳米线催化剂的形貌特征用SEM进行表征并且用费托合成进行催化剂评价。

扫描电子显微镜（SEM）可以非常直观的判断出其表面、切面形貌和转化程度。

本发明所制备的纳米线泡沫催化剂具有高分散、不团聚、耐高温和耐磨耗等优势，同时模板剂用量小，易于回收利用，而且节约用水。将将本发明产物应用于费托合成中，可以得到短链烃类尤其是烯烃的高选择性。

附图说明

 图1，纳米线泡沫堆积结构的费托催化剂表面形貌。

 图2，本体费托催化剂表面形貌。

 图3，附图1放大观测具体形貌。

 图4，部分转化后的半球切面形貌。