[发明专利]用于二氧化碳转化的固体碱催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于二氧化碳转化的固体碱催化剂及其制备方法与应用，所述催化剂用通式M–N–ZnO_X–Al₂O₃表示，其中，ZnO_X–Al₂O₃为载体；X为1或2；M代表稀土金属；N为碱金属离子；其中M和N的质量分别各占催化剂总质量的0～1.5％。本发明的固体碱催化剂转化得到的二氧化碳转化产物收率可达10～96％；具有活性高、有着广泛的适用性，同时该催化剂有着良好的稳定性，不易在含少量SO₂、NO_x等杂质气氛中失活，使得本发明的固体碱催化剂在电厂、钢厂或水泥厂中仍可以被高效利用，此外本发明催化剂的制备工艺简单，成本低，不对环境产生污染。

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种用于二氧化碳转化的固体碱催化剂及其制备方法以及利用固体碱催化剂转化二氧化碳的方法。

背景技术

随着化石燃料的大量使用，空气中二氧化碳的浓度快速升高，成为一种主要“温室气体”，引起一系列环境和生态问题。同时，二氧化碳也是一种廉价易得、分布广泛、可再生、无毒、储量丰富、不可燃的理想碳资源，故将二氧化碳转化为高附加值的化工产品，既能为工业提供廉价的化工原料，又减少了二氧化碳的排放量，无论从环境保护还是可再生资源利用的角度考虑，此过程都将充分体现节能减排。

二氧化碳可以与环氧化合物反应制备相应的环状碳酸酯，如：碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯，它们皆是优良的高沸点及高极性的有机溶剂，广泛的应用于金属萃取、气体分离、有机合成、电池介电质等领域。此外，二氧化碳可以与各类醇反应生产相应的碳酸酯，如：碳酸二甲酯、碳酸甘油酯等等。

已报道的关于催化CO₂与环氧化合物、醇反应生成相应的碳酸酯的催化剂主要有离子液体、碱金属盐、季铵盐、过渡金属配合物、金属氧化物、负载型催化剂等。如专利CN107827860A报道了以共轭锌卟啉联苄胺微孔聚合物为催化剂合成环状碳酸酯；Molecular Catalysis,2017,435:99–109报道了以La₂O₂CO₃/ZnO为催化剂，催化CO₂与甘油反应高选择性地合成了碳酸甘油酯。尽管报道的催化剂种类很多，但仍存在催化剂价格较高、易失活、催化剂应用范围小等缺点。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供开发一种廉价、稳定性好、应用范围广的用于二氧化碳转化的固体碱催化剂；本发明的第二目的是提供该催化剂的制备方法；本发明的第三目的是提供利用该催化剂转化二氧化碳的方法。

技术方案：本发明用于二氧化碳转化的固体碱催化剂，催化剂用通式M–N–ZnO_X–Al₂O₃表示，其中，ZnO_X–Al₂O₃为载体；X为1或2；M代表稀土金属；N为碱金属离子；M和N的质量分别各占催化剂总质量的0～1.5％。

其中，所述稀土金属为Nd、Yb、Cs、Ce、Li、La中的一种或两种；所述碱金属离子为钠、钾或铵中的一种。

本发明用于二氧化碳转化的固体碱催化剂的方法，包括如下步骤：

(1)分别配制锌盐和铝盐的水溶液，将锌盐和铝盐的水溶液混合，滴加到铵盐溶液，同时滴加碱性溶液调节pH，加入甘油混合搅拌，冷冻干燥后，将所得固体样品于无氧条件下煅烧，得到复合氧化物的胶体甘油水溶液；

(2)在胶体甘油水溶液中加入稀土金属盐混合，搅拌烘干，然后在无氧条件下煅烧，即得所述固体碱催化剂。