[发明专利]一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，涉及一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法，具体地，涉及一种将铁前体、支撑性材料与氧化铝前体泥坯一次成型为具有高比表面积的增强型整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法。

背景技术

众多的工业生产过程包含催化反应过程，尤其是化工产品生产、能源物质生产以及环境保护过程中。工业应用的催化剂中，负载型过渡金属催化剂是非常常见的一种类型。铁是地壳中含量最多的一种过渡金属，也是人类最早使用的材料之一，在催化过程也也充当重要的角色。例如，负载型铁催化剂常用于费托-合成、烷烃的催化氧化、脱硝、催化过氧化氢分解等重要过程。有时也作为一种助催化剂与其它活性金属组分共同使用。负载型催化剂从宏观形态上看，可以分为颗粒或粉末状铁催化剂，整体式催化剂，以及特定形状的催化剂。整体式催化剂相对于颗粒或粉末状铁催化剂来说有一些明显的优势。但是目前针对整体式负载型铁催化剂的制备方法还不多，尤其是整个块体都是铁催化剂的情形。

专利CN105148914A公开的一种Fe₂O₃/Al₂O₃/堇青石催化剂及其制备方法，得到可用于脱硝的整体式催化剂。该催化剂制备包含使用铝溶胶涂在堇青石表面上的步骤。尽管该发明没有相关比表面积的具体信息，但是由于堇青石比表面积较低，因此整个催化剂比表面积将受到较大限制。对于负载型催化剂而言，活性组分的分散度对于催化活性至关重要；从X-射线衍射、脉冲吸收、透射电子显微镜等表征手段可以获得相关信息。从上述发明，读者无法得知相关铁组分的分散情况。北京化工大学报道的文献【陈能展等，LaAl_1-xFe_xO₃/Al₂O₃/FeCrAl催化剂的制备及其对甲烷燃烧催化性能，催化学报，2005，26卷，11期，1017页】中描述了一种以含铁三组分金属为活性组分，以氧化铝以及FeCrAl为二元载体的整体式铁催化剂制备方法。该方法先在FeCrAl合金片上涂上氧化铝浆料，经干燥后，浸渍由LaAl_1-xFe_xO₃粉末制成的浆料。该方法与上述专利类似，由于含有一个合金片，将大大影响催化剂总体的表面积。对于金属分布来说，虽然活性组分在氧化铝载体空间中可能具有较好的分散度，但是从整个催化剂块体上看，FeCrAl合金片占据较大空间，整个催化剂的活性组分分布不均匀。

显然，对于整体式负载铁催化剂的制备而言，本领域还存在这改进制备方法的技术需求，尤其是制备高比表面积、高铁组分分散度、机械强度高、操作成本低的工艺方法的需求。

发明内容

本发明提出了一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂及其制备方法，其技术路线是，先制作氧化铝与铁前体混合泥坯，再通过添加支撑性材料得到前体与支撑性材料的包裹体，而后通过成型模具压缩成型，再经过精细程序焙烧得到产品的技术路线。通过该技术路线可以得到高比表面积、微观上具备纳米级孔道、高机械强度的整体式氧化铝负载铁催化剂；同时该制备方法无须昂贵设备、原料来源简单、环境较友好、操作安全、成本较低。实现上述技术路线的具体技术方案是：

一种高比表面积增强型整体式氧化铝负载铁催化剂，包含催化剂制备方法与催化剂产品特征；其中催化剂制备方法使用如下原料：

铝前体：是氢氧化铝、拟薄水铝石的一种，或者上述物质任意比例的混合物；

铁前体：是氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、醋酸亚铁、醋酸铁、碳酸亚铁、碳酸铁、草酸亚铁、草酸铁、乙酰丙酮铁、二茂铁、甲基二茂铁、乙基二茂铁、乙二胺四乙酸-铁络合物中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；

第一添加物：是田菁粉、田菁胶、瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、半乳甘露聚糖中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；

第二添加物：是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、颗粒度小于60目的炭黑、颗粒度小于60目的水溶性淀粉中的一种，或者上述物质任意比例的混合物；

酸溶液：一种水溶液，含有硝酸、硫酸、盐酸、醋酸、草酸、磷酸、柠檬酸、马来酸、酒石酸中的一种或者多种物质，水溶液的pH值在0.0 ~ 4.0的范围内；