[发明专利]一种储热/催化一体化材料的制备方法

说明书

本发明属于复合功能材料制备技术领域，涉及一种储热/催化一体化材料的制备方法。首先合成Zn基MOFs材料(Zn‑MOFs)，并在其表面包覆含有其他金属组分M的MOFs材料(M‑MOFs，M＝Co，Cu，Ni，Cr，Ru，Au等)，得到Zn‑MOFs@M‑MOFs复合材料。在惰性气氛下煅烧Zn‑MOFs@M‑MOFs制备得到负载不同金属组分且金属粒径可控的多级结构碳负载金属颗粒催化材料。进一步对多级结构碳负载金属颗粒催化材料通过浸渍法引入相变芯材，得到储热/催化一体化材料。本发明的优点在于：1)以MOFs材料为前驱体开发出一种储热/催化一体化材料；2)储热/催化一体化材料的催化活性组分可控，且储能密度和控温温度可调；3)用本发明提供的方法反应工艺简单、流程短，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于复合功能材料制备技术领域，特别涉及储热/催化一体化材料的制备方法。

背景技术

过去几十年，全球二氧化碳排放呈上升趋势，2019年全球与能源相关的二氧化碳排放量在330亿吨。CO₂的过量排放引发了温室效应、环境污染、海平面上升等系列问题。

我国钢铁行业能耗占全国总能耗的8.9％，CO₂排放占全国总排放的11.2％。其中炼铁行业的CO₂排放占整个钢铁行业的70％。高炉煤气是钢铁工业中最主要的CO₂排放源，将CO₂转化为大宗化工产品或液态燃料(如甲醇、乙醇等)是最有效的减排方式之一。目前常用的CO₂加氢制甲醇催化剂主要为Cu/ZnO/Al₂O₃，目前在反应条件(220-300℃,pressure5MPa,H₂/CO₂＝3)下，CH₃OH选择性在 30-70％，CO₂转化率一般低于30％。CO₂加氢反应为放热反应，大量的热量积累在反应器内会抑制CO₂的转化。因此，目前CO₂加氢制甲醇领域主要有两个关键问题需要解决：2)开发高活性、高选择性及优异循环稳定性的催化材料；2)有效地控制反应体系的反应温度。

针对以上问题，本发明提出了构筑储热/催化一体化材料的新思路，基于储热基元存储工业余热的能量驱动催化基于催化CO₂的转化，另一方面储热基元的控温功能能够有效将催化体系的温度控制在最佳反应温度，最大化促进CO₂的转化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺简单易行、条件温和的储热/催化一体化材料的制备方法，以实现对高炉煤气的余热利用并驱动CO₂的高效转化。

本发明的技术方案是：

一种储热/催化一体化材料的制备方法，其特征在于首先合成Zn基MOFs 材料(Zn-MOFs)，并在其表面包覆含有其他金属组分M的MOFs材料 (M-MOFs)，其中(M＝Co，Cu，Ni，Cr，Ru，Au)，得到Zn-MOFs@M-MOFs 复合材料；在惰性气氛下煅烧Zn-MOFs@M-MOFs制备得到负载不同金属组分且金属粒径可控的多级结构碳负载金属颗粒催化材料；进一步对多级结构碳负载金属颗粒催化材料通过浸渍法引入相变芯材，得到储热/催化一体化材料。

如上所述储热/催化一体化材料的制备方法，其特征在于

具体制备步骤为：

(1)首先配制0.05～5mol/L Zn(NO₃)₂·6H₂O的甲醇溶液A和0.5～3mol/L 2 甲基咪唑的甲醇溶液B，然后将溶液B倒入溶液A，室温反应12～36h；过滤洗涤，然后在40～100℃下干燥8～24h后得到Zn-MOFs；