[发明专利]一种铁基催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铁基催化剂，其特征在于：包括以下组分：a)铁元素或其氧化物中的一种或两种，含量为20～99.99wt％；b)选自锂、钠、钾、铷、铯的氧化物中的一种或两种以上，含量为0.01～30wt％；c)选自锰、铈、锌、铜的氧化物中的一种或两种以上，含量为0～60wt％。

2.根据权利要求1所述的铁基催化剂，其特征在于：铁的氧化物为三氧化二铁或四氧化三铁的一种或两种，优选的含量为50～79wt％。

3.根据权利要求1所述的铁基催化剂，其特征在于：氧化物为锂、钠、钾、铯氧化物中的一种或两种以上，优选的含量为0.1～10wt％；优选的锰、铈、锌、铜的氧化物的含量为20～40wt％。

4.一种权利要求1～3任一项所述的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按上述含量取可溶性铁盐和锰盐或铈盐或锌盐或铜盐中的一种或两种以上溶于去离子水，得到溶液A；其中，铁离子的浓度为0.001～10mol/L，锰盐或铈盐或锌盐或铜盐的离子浓度为0～10mol/L；

2)取碱溶于去离子水中得到溶液B，浓度为0.001～10mol/L；

3)将溶液A与溶液B混合，其中溶液B与溶液A的体积比为0.5～10：1，将得到的混合物在25～95℃水浴中搅拌0.5～8h；

4)对得到的浑浊液进行过滤洗涤，将滤饼在50～200℃置于空气中干燥12～72h；

5)将干燥后的固体在200～800℃下空气气氛中焙烧1～8h，得到固体C；

6)取锂、钠、钾、铷、铯中一种或两种以上的可溶性盐溶于去离子水制成溶液D，碱金属离子的浓度为0.001～10mol/L；

7)取固体C，将配制的溶液D滴加到固体C中或者倾倒于固体C中，溶液D与固体C的体积比为0.1～10:1，并将其混合均匀；

8)将步骤(7)中的混合物在室温下浸渍0.5～24h；

9)将步骤(8)中得到的混合物于60～120℃下干燥4～24h；

10)将干燥后的混合物在200～700℃下焙烧1～8h，得到铁基催化剂。

5.根据权利要求4所述的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：

步骤1)中所述的可溶性铁盐、锰盐、铈盐、锌盐、铜盐为硝酸盐、氯化物、硫酸盐中的一种或两种以上；

步骤2)所述的碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种以上；

步骤5)中可在流动或者静止的空气气氛中进行焙烧；其中采用程序升温从室温或者烘干温度升到焙烧温度，升温速率为0.5～10℃/min；

步骤6)中的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐中的一种或两种以上；

步骤10)中的焙烧温度为200～500℃，焙烧时间为0.5～4h。

6.根据权利要求1所述的铁基催化剂的制备方法，其特征在于：催化剂使用前进行还原活化，催化剂的还原活化过程为：还原气为纯H₂，纯度>99.9％，还原气的体积空速为900～3600h^-1，从室温至还原温度的升温速率为1～10℃/min，还原温度为300～600℃，压力为常压，还原时间为1～24h。

7.一种权利要求1所述的铁基催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂用于CO₂加氢合成低碳烯烃反应。

8.根据权利要求7所述的铁基催化剂的应用，其特征在于：催化剂应用于固定床反应器进行CO₂加氢合成低碳烯烃反应的条件为：反应气体为CO₂和H₂的混合气，其中摩尔比H₂:CO₂＝0.5～4，体积空速为600～30000mL/(g_cat·h)，反应温度为200～600℃，反应总压力为0.5～6MPa。