[发明专利]一种用于费托合成反应的催化剂及其制备方法

说明书

一种新型的用于费托合成的催化剂及其制备方法，该用于费托合成的催化剂包括活性组分和载体，活性组分为铁镍磷化物(FeP，Ni₂P)，所述载体为多级孔ZIF‑8,催化剂中各组分的质量比为(FeP，Ni₂P)：Zn(NO₃)·6H₂O：MIM(2‑甲基咪唑)：H₂O：C₁₂H₂₉O₆P(癸醇聚醚‑4磷酸酯)＝1：1.06：0.93～1.53：14.6：0.59～1.19。该制备方法如下：制备铁镍磷化物磁性纳米颗粒，然后在纳米颗粒表面原位生长多孔ZIF‑8，为得到多级孔结构，在悬浮液中加入阴离子表面活性剂，得到溶胶状物质，将溶胶进行分离、洗涤、干燥后，使用碱性溶剂和去离子水进行萃取去除模板剂，得到成品。该催化剂具有高比表面积，达到1300m²/g以上，不仅可以稳定活性组分，提高活性组分的负载量，同时具有灵活的孔径分布，具有高活性、高稳定性、易回收等特点，具有较低的甲烷选择性和较高的C₅⁺烃类的选择性。

技术领域

本发明涉及一种新型费托合成催化剂，具体涉及一种含铁镍磷化物的费托合成铁催化剂。

背景技术

费托合成是以合成气CO和H₂作为反应原料，在合适的反应条件和催化剂作用下合成烃和其他化学品的过程。费托合成催化剂的活性组分有Fe、Co、Ni、Ru等。铁基催化剂在费托反应中可以催化生成柴油、汽油、轻烯烃(C₂-C₄)及蜡等，是研究的最多的一种。Ni作为一种金属活性组分，近年来与铁的协同催化作用研究较多，J.B.Butt等研究了Fe-Ni(Fe:Ni＝4)合金催化剂中Ni对Fe催化活性的影响，结果表明Ni可以抑制Fe的碳化，但并不影响Fe的水煤气变换。然而在反应过程中，铁基催化剂容易被反应过程中产生的二氧化碳和水氧化而失活。因此为保持Fe基催化剂的稳定性，开发一种新型催化剂来保持铁持久的催化活性是非常必要的。近年来，过渡金属磷化物被认为拥有高活性、高稳定性，被报道在加氢反应中具有非常好的活性，而且有更好的加氢选择性，耗氢量少，且具有抗硫中毒的性能，如铁镍磷化物催化CO加氢制低碳醇。

在费托合成中，载体的影响极为关键，载体与活性组分的相互关系决定了催化剂的分散度和还原度，研究者们对费托合成的载体进行了极为详尽的研究，从SiO₂、AI₂O₃类的氧化物载体，到介孔分子筛载体，再到新型碳材料，如活性碳、碳纳米管等。近年来一种新兴金属有机骨架化合物MOFs(Metal-Organic Frameworks)，由金属离子与多齿配体形成的一定空间结构的配合物，因其具有较高的热稳定性和化学稳定性，较大的比表面积和较高分散的表面活性为引起广泛关注，其中在费托合成领域有使用金属有机骨架材料Fe-MIL-101诱导的铁基费托合成催化剂，但关于这方面的研究报道较少。

ZIFS(Zeolitic Imidazdate Framework)是MOFs材料的一种，目前受到的越来越多的关注基于其在气体催化、储存方面的巨大应用。但由于ZIFS的孔道绝大部分是直径小于2nm的微孔，会阻碍分子在其孔道内的扩散，因此引入阴离子表面活性剂作为模板，合成出既含有介孔又含有微孔的MOFs材料。

因此，制备一种新型催化剂，既在提高活性相的稳定性、分散度、还原度的同时，降低甲烷选择性，提高C₅⁺烃类的选择性是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的费托合成铁基催化剂及其制备方法，解决活性组分在反应过程中容易氧化失活的特点，提高反应活性，该催化剂具有适当的孔结构、较高的比表面积、较高的稳定性，同时对费托合成产物具有良好的选择性，具有较低的甲烷选择性以及较高的C₅⁺烃类选择性。