[发明专利]负载铁钴钾的二氧化锆催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种负载铁钴钾的二氧化锆催化剂、制备方法及其在选择性催化还原二氧化碳制乙烯中的应用。所述方法采用一步水热法，将Fe盐、Co盐、K盐和ZrO₂的混合溶液在120～160℃下水热反应，得到负载铁钴钾的二氧化锆催化剂。本发明的负载铁钴钾的二氧化锆催化剂，以ZrO₂为载体，提供了高的表面氧空位，促进了CO₂向CO的转化，增加了CO₂的转化率，铁钴钾和二氧化锆协同促进，表现出高的催化活性，持续反应250h仍保持良好的催化性能，稳定性强。

技术领域

本发明属于热催化还原二氧化碳制乙烯技术领域，涉及一种负载铁钴钾的二氧化锆催化剂、制备方法及其在选择性还原二氧化碳制乙烯中的应用。

背景技术

由于CO₂对全球气候变化的影响，二氧化碳利用成为研究的热点。此外，CO₂作为重要的碳源，可以通过光催化、电催化、热催化在催化剂上转化为碳氢化合物。CO₂热催化加氢制乙烯是一种有效且适合商业化的途径。乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，是石油化工产业的核心，占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。目前，常用Ru、Rh和Pd贵金属负载的催化剂进行选择性还原二氧化碳制乙烯，其活性高，但催化剂容易中毒而且成本很高。因此，需开发高效、稳定、低成本的催化剂。

研究表明，CO₂催化加氢制乙烯是反水煤气反应(RWGS)和费托合成(FTS)两个连续反应共同作用的结果。表面氧空位影响着反水煤气反应，提高表面氧空位有利于提高催化剂在CO₂加氢制乙烯中的活性(D.Kim,et al.,ACS Catalysis 4(2014)3117-3122；M.Rodrigues,et al.,Applied Catalysis A,General 543(2017)98-103)。

负载铁钴钾的金属氧化物催化剂常用于CO₂的催化剂加氢，如FeCoK/Al₂O₃，(Satthawong et al.,Catalysis Today 251(2015)34-40)，铁和钴的负载，促进FTS反应，有利于CO向碳氢化合物的转变。K的加入不但提高了CO₂的吸附能力，而且促进了碳链的增长，提高乙烯的选择性。但是，以Al₂O₃和SiO₂为载体的催化剂活性很低。

发明内容

针对现有贵金属催化剂难以商业化应用，非贵金属催化剂CO₂转化率低和活性较差的问题，本发明提供一种高表面氧空位的负载铁钴钾的二氧化锆催化剂、制备方法及其在选择性催化还原二氧化碳制乙烯中的应用。

本发明的技术方案如下：

负载铁钴钾的二氧化锆催化剂的制备方法，具体步骤如下：

将Fe盐、Co盐、K盐和ZrO₂混合，得到混合前驱体溶液，在120～160℃下水热反应12～24h，反应结束后，离心，烘干，得到负载铁钴钾的二氧化锆催化剂，其中，K的负载量为3～7wt％，Fe和Co的总负载量为3～7wt％。

所述的负载量为相应元素与二氧化锆的质量百分比。

优选地，所述的K的负载量为3～5wt％，Fe和Co的总负载量为5～7wt％。

所述的Fe盐为FeCl₃或Fe(NO₃)₃·9H₂O；所述的Co盐为Co(NO₃)₃·6H₂O，所述的K盐为KNO₃。

本发明提供上述制备方法制得的负载铁钴钾的二氧化锆催化剂。