[发明专利]一种用于合成气直接制取低碳醇的钴铜双金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于合成气直接制取低碳醇的钴铜双金属催化剂，其特征在于：所述催化剂包括铜钴金属和载体，载体内封装铜钴金属，铜钴金属总负载量为20‑40wt.％。本发明提供了一种制备高分散且活性位原子尺度接近的双金属催化剂的方法。即采用在介孔二氧化硅孔道内封装铜钴双金属聚合物形成催化剂前驱体，既保证了铜钴物种锚定在同一聚合物结构中，实现原子尺度的紧密接触及密切配合，又利用规整介孔孔道的限域效应保证了铜钴双金属的高度分散并抑制其分离团聚，在合成气制取低碳醇反应中收获了优异的目标产物选择性及稳定性，低碳醇在总醇分布中占比达到64.4wt.％且在200h的反应时长内，催化性能未见明显下降。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种双金属催化剂，尤其是一种用于合成气直接制取低碳醇的钴铜双金属催化剂及其制备方法。

背景技术

合成气，即CO和H₂的混合气，来源广泛，可从煤、天然气及生物质等气化或转变获得。近年来，面对经济发展带来的巨大能源消耗和我国“贫油、少气、煤炭资源相对丰富”的资源结构背景，以煤基合成气转化制备高附加值的化学品成为实现煤炭清洁高效利用及能源多元化发展的重要途径之一。低碳醇通常指乙醇及C₂₊的高级醇，其可作为清洁汽油添加剂、液体燃料或多种化学品的中间体。合成气直接制取低碳醇具有工艺流程短，绿色经济等优点，但目前仍存在低碳醇时空收率较低、催化剂稳定性较差等问题，其关键催化剂的开发是研究的热点和难点。

催化合成气直接制取低碳醇反应需要具有不同CO活化能力的双活性位催化剂，具体到钴铜催化剂体系，Co因较强的CO解离能力可作为发生CO解离及碳链增长的活性位点，而Cu则主要提供分子态吸附的CO。非解离的CO插入到由CO解离形成的CH_x物种上，经历偶联、加氢等过程后形成高级醇类产物。因此，减少Co与Cu活性位之间的距离，提高二者原子尺度上密切接触以促进其协同催化效应，是催化剂设计的关键。然而，Cu和Co两种金属之间互溶度低，且由于Cu具有较高的表面能，倾向于在Co表面富集或发生团聚，导致双活性位配合度降低，目标产物低碳醇选择性下降。反应气氛(CO与H₂)下更易诱导上述情况的发生，致使催化剂稳定性难以提高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供大幅提升低碳醇时空收率与催化剂稳定性，并为制备高度分散、紧密配合的双金属催化剂提供了新的思路的一种高活性高选择性的碳酸乙烯酯加氢催化剂及其制备方法。

本发明采取的技术方案是：

一种用于合成气直接制取低碳醇的钴铜双金属催化剂，其特征在于：所述催化剂包括铜钴金属和载体，载体内封装铜钴金属，铜钴金属总负载量为20-40wt.％。

再有，所述催化剂的比表面积为150-550m²/g，平均孔容为0.3-0.6cm³/g，平均孔径为6.3-9.6nm。

再有，铜钴金属总负载量为30wt.％。

再有，所述载体为介孔二氧化硅。

再有，所述钴与铜之间的摩尔比为1:1～10。

再有，所述钴与铜之间的摩尔比为1:1～10。

本发明的另一个目的是提供一种用于合成气直接制取低碳醇的钴铜双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

⑴将铜盐、钴盐和载体混合后加入到多元醇中，形成溶液；

⑵将步骤⑴得到的溶液干燥，得到前驱体；

⑶将步骤⑵的前驱体在氮气气氛下进行焙烧，然后在空气气氛下再进行焙烧，得到氧化物前驱体；

⑷将步骤⑶的氧化物前驱体处理为颗粒，用氢气还原后得到催化剂成品。