[发明专利]一种Co基温和条件下氨合成催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于催化剂材料制备领域，具体涉及一种Co基氨合成催化剂及其制备方法。本发明通过合成Co/CeO₂；多巴胺处理Co/CeO₂，然后依次通过N₂和O₂混合气氛处理，得到Co/CeO₂催化剂，并研究其氨合成催化性能。本发明制备的Co/CeO₂催化剂，相比未处理的Co基催化剂，其氨合成速率在1MPa条件下提高了5.1倍，且该类催化剂具有极高的热稳定性，具有明显的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及催化剂材料制备领域，具体涉及一种Co基氨合成催化剂及其制备方法。

背景技术

合成氨工业在国民经济中占有非常重要的地位。首先，它与国民经济基础的农业密切相关，是氮肥的主要来源，它的产量直接影响着诸如化肥、染料、医药等其他化学工业的发展与稳定。其次，合成氨工业是大吨位、高能耗和低效益的产业。衡量一个合成氨工业优劣的标准不是产品氨的产量，而是其能耗的高低。近年来，为了满足农业，工业，医疗等需求。国内外的大量研究学者对钴基氨合成催化剂进行了系统研究。涉及的载体材料除了以活性炭、碳纳米管和碳纤维代表的碳体系外，研究较多的氧化物体系主要有Al₂O₃，氧化镁，铈及其复合氧化物。由于CeO₂具有较强的氧化还原能力、含量丰富、价格便宜等优点，被作为很多催化反应的载体。贵金属催化剂在较低压力和较低温度就可以表现出优异的催化性能，但由于贵金属催化剂的成本高，而且在高温容易烧结，因此在实际应用中寻找一种低温且催化能力强于贵金属或者与之相当是很有必要的。

贵金属基催化剂的一个很有前景的替代品是过渡金属基/过渡金属复合氧化物，过渡金属基/过渡金属复合氧化物因价格低廉及良好的氨合成催化性能而被众多学者研究，包括Co基/CeO₂和Fe基CeO₂等催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Co基氨合成催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

所述Co基氨合成催化剂为Co/CeO₂，其中过渡金属元素Co的质量占催化剂总质量为10-20%，Co的最佳的负载量为18%；CeO₂的质量占催化剂总质量的80-90%。

Co基氨合成催化剂的制备方法：该催化剂主要成分包括过渡金属元素Co及稀土元素Ce；催化剂的制备采用了多巴胺处理，再依次经N₂和O₂气氛处理，具体包括如下步骤：

(1) Co/CeO₂复合型金属氧化物的合成；主要包括：配制0.3-0.5mol/L硝酸铈水溶液，加入硝酸钴，快速搅拌0.5h，然后将获得的溶液转移到40℃的油浴锅，在搅拌的条件下逐滴加入0.5-2mol/L的沉淀剂至完全沉淀并老化1 h，然后取出冷却至室温，再经过多次离心，120℃干燥24 h，得到Co/CeO₂。

(2) 将0.5g Co/CeO₂复合型金属氧化物加入含多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，搅拌12-24 h，通过离心分离悬浮液，用去离子水洗涤三次，用乙醇洗涤数次，然后在40℃真空干燥8-12 h。

(3) 将步骤（2）中获得产物在N₂气氛中进行退火处理2-6h；最佳退间为4h。

(4) 将步骤（3）中获得产物在O₂气氛中热处理2-6h；最佳热处理时间为4h。

其中，步骤（3）中N₂的退火温度为400-600℃。

其中，步骤（4）中O₂气氛中热处理温度为400-600℃。