[发明专利]石墨烯负载钴系催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种石墨烯负载钴系催化剂及其制备方法和用途，属于化工技术领域，其通过将氧化石墨烯与钴源在还原剂存在下于溶液体系中反应，离心洗涤后于溶液中分散，干燥后于惰性气体氛围下焙烧后获得，该催化剂通过原位生长法，将钴基纳米颗粒直接负载在石墨烯上，使钴基纳米颗粒与石墨烯载体结合力最大化，并经过高温焙烧，在颗粒与载体的结合处形成Co₂C结构，提高低碳烯烃选择性并且抑制CH₄的生成，对于费托合成制烯烃有很好的选择性。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯负载钴系催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

低碳烯烃作为基本有机化工原料,在现代石油和化学工业中起着举足轻重的作用。尤其是乙烯和丙烯，可以毫不夸张的说是下游化工产业的源头。低碳烯烃的产量不仅标志着一个国家石油化工的发展水平，更是衡量一个国家综合国力的重要标志。

目前国内生产低碳烯烃的主要方式仍以石脑油裂解为主，约占市场的94％(十年前为100％)。为了解决中国生产低碳烯烃技术单一，成本较高等问题，结合我国富煤少油缺气的能源结构特点，利用合成气为原料，通过费托过程直接制备烯烃成为了近年来研究的热门方向，其催化剂的制备更是研发的重要方向。

钴系催化剂是费托合成制烯烃催化剂中研究较早的一种催化剂。在制备负载型钴系催化剂时，通常选用SiO₂或者Al₂O₃为载体。然而这种负载型钴系催化剂应用在费托合成制烯烃中，在提高低碳烯烃选择性的同时，也增加了副产物CH₄的选择性，无法满足工业应用的要求。

发明内容

石墨烯是目前人类已知的最薄、机械强度最高的二维材料，由蜂窝状网状单层碳原子组成，由于其无可比拟的各项性能，一经问世便受到了全世界科研工作者的广泛关注。由石墨烯作载体制备的催化剂已经在多个应用领域展现出了优异的性能。申请人发现，Co₂C较常规钴系催化剂应用在费托合成制烯烃反应中，更利于低碳烯烃的产生以及抑制副产物CH₄的生成。

本发明的目的在于提供一种石墨烯负载钴基纳米颗粒催化剂的制备方法，通过原位生长法，将钴基纳米颗粒直接负载在石墨烯上，使钴基纳米颗粒与石墨烯载体结合力最大化，并经过高温焙烧，在颗粒与载体的结合处形成Co₂C结构，当应用于费托合成时，能有效提高低碳烯烃选择性并且抑制CH₄的生成。

本发明的另一目的在于提供一种石墨烯负载钴系催化剂，其通过上述的石墨烯负载钴基纳米颗粒催化剂的制备方法制备而得，由于通过原位生长法制备而得，并且经过高温焙烧，在颗粒与载体的结合处形成Co₂C结构，当应用于费托合成时，能有效提高低碳烯烃选择性并且抑制CH₄的生成。

本发明的再一目的在于提供上述的石墨烯负载钴系催化剂在催化费托合成中的用途。其在催化费托合成中，具有很好的低碳烯烃选择性，并能抑制CH₄的生成。

本发明的实施例是这样实现的：

一种石墨烯负载钴系催化剂的制备方法，将氧化石墨烯与钴源在还原剂存在下于溶液体系中反应，离心洗涤后于溶液中分散，干燥后于惰性气体氛围下焙烧。

优选地，氧化石墨烯与钴源在还原剂存在下于溶液体系中的反应在150-220℃条件下进行，更优选在180-220℃条件下反应。

优选地，于分散后的溶液中加入助剂后进行干燥和焙烧,更优选的,助剂的添加量为分散后的溶液的0-5wt％。

一种石墨烯负载钴系催化剂，根据上述的石墨烯负载钴系催化剂的制备方法制备而得。

一种石墨烯负载钴系催化剂，包括石墨烯载体以及负载于石墨烯载体的钴基纳米颗粒。