[发明专利]一种氧化铈为载体的钴基氨合成催化剂及其制备方法

说明书

一种氧化铈为载体的钴基氨合成催化剂及其制备方法，涉及一种以棒状氧化铈为载体，钴金属为活性组分的新型氨合成催化剂及其制备方法，适用于氮气和氢气合成氨的反应。所述催化剂的制备方法包括：以铈盐水溶液和碱水溶液为原料，通过水热法制备棒状氧化铈；将无氯钴化合物溶液干燥后溶解于醇溶剂中获得含醇的钴溶液；将上述钴溶液浸渍引入到棒状氧化铈中，干燥还原得到最终的氧化铈负载钴催化剂。与现有氧化铈负载钴基氨合成催化剂相比，本发明的催化剂具有更高的氨合成活性，有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及化肥领域合成氨工业中使用氮气和氢气合成氨的一种钴基催化剂及其制备方法，具体地说涉及一种氧化铈为载体的钴基氨合成催化剂及其制备方法。

背景技术

传统的氨合成催化剂为熔铁型催化剂，该催化剂技术较成熟，但由于生产过程中的高温、高压和高耗能，限制了熔铁催化剂前进的脚步。虽然钌催化剂因其优异的性能被誉为是铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂，有较好的工业应用前景，然而，由于钌金属价格昂贵；而且在氨合成条件下，钌金属是活性炭载体甲烷化的催化剂，这些不足严重影响了活性炭负载钌催化剂的稳定性，抑制了钌催化剂的大规模工业化应用。以价格较低的金属为氨合成催化剂的活性组分一直是研究人员的关注的热点。最近， CN201510968283.3专利中描述了一种以金属钴为活性组分、石墨化活性炭为载体、碱土金属和碱金属为助剂制备出钴基催化剂的性能与同样金属负载量的钌催化剂活性相当。波兰Wioletta Raróg-Pilecka课题组（Ammonia synthesis over barium-promoted cobalt catalysts supported ongraphitised carbon, J. Catal., 249 (2007) 24-33.）也制备出负载在活性炭，并以钡作助剂的钴基氨合成催化剂。但是这类新型氨合成催化剂依然以活性炭为载体，因此无法完全避免炭载体的甲烷化现象，保证催化剂的稳定性。因此以氧化物为载体的新型氨合成催化剂被认为是制备高稳定性氨合成催化剂的关键。Lin等（Effect of pretreatment onceria-supported cobalt catalyst for ammonia synthesis, RSC Adv., 4 (2014)38093-38102）报道了一种多面体结构的氧化铈负载钴催化剂的制备方法，他们将NaOH水溶液添加到同时含有适量硝酸铈和硝酸钴的混合水溶液形成悬浮液，老化、烘干及热处理后可得到氧化铈具有多面体结构的Co/CeO2氨合成催化剂。但该催化剂采用水作为硝酸钴的溶剂，所得到的催化剂金属钴和氧化铈相互作用能力太强，抑制了催化剂的氨合成活性。

发明内容

针对现有氧化铈负载钴基氨合成催化剂的不足，本发明提供一种新的氧化铈负载钴基氨合成催化剂及其制备方法。为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种氧化铈为载体的钴基氨合成催化剂，所述催化剂是以棒状氧化铈为载体，以金属钴为活性组分，负载量以Co计重量为氧化铈重量的1-90%。

催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）以铈盐溶液和碱性溶液为原料，通过水热法制备棒状氧化铈，

（2）将无氯钴化合物溶液干燥后溶解于醇溶剂中获得含醇的钴溶液，

（3）将上述步骤（2）所得到的钴溶液浸渍引入到步骤（1）所制备的棒状氧化铈中，

（4）将步骤（3）所得到的样品干燥还原得到最终的钴基氨合成催化剂。

步骤（1）中铈盐为硝酸铈、氯化铈或草酸铈中的一种。碱性物质为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、尿素、氨水中的一种。所述铈盐与碱性物质的摩尔比为1:10-1:300。

所述棒状氧化铈由水热法制备，水热温度为80-170℃，其水热时间是4-48小时。

所述无氯钴化合物为硝酸钴、草酸钴、乙酸钴、和乙酰丙酮钴中的一种或多种。