[发明专利]用于二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成甲醇的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着世界工业经济的发展，生产过程中排放的二氧化碳数量不断地增加，造成的环境污染和导致全球的温室效应已经引起了国内外科学研究工作者的广泛关注，并且一直在努力寻求解决这一问题的途径和综合利用CO₂廉价碳资源的有效方式，CO₂加氢合成甲醇是合理利用二氧化碳的有效途径和化学固定与转化方法之一。甲醇是一种极其重要的有机化工原料和产品，是C1化学的基础物质，又是一种很有发展前途的新型环保清洁燃料，如可以用作潜在的车用醇醚燃料和燃料电池燃料，并且由甲醇原料出发合成的下游加工产品种类繁多，市场活跃，效益显著，主要用于生产汽油、甲基叔丁基醚、二甲醚、甲醛、甲酸甲酯、醋酸等。甲醇工业发展潜力较大，CO₂催化加氢是甲醇合成路线的研究热点及合理地利用CO₂的有效途径之一，具有良好的发展前景，同时，对解决日益严重的环境问题及能源问题有着十分重要的现实意义。

二氧化碳加氢合成甲醇研究的催化剂体系有多种，包括铜基催化剂、贵金属为主要活性组分的负载型催化剂以及其它类型催化剂，在各种类型的催化剂中，铜基催化剂的研究较多，其性能也较好。目前，CO₂加氢合成甲醇选用的铜基催化剂以Cu-Zn系催化剂为主，催化剂助剂或载体常用Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂、TiO₂等，催化剂制备方法主要有沉淀法、浸渍法、溶胶凝胶法等，多以常用的沉淀法制备催化剂，存在的主要问题是CO₂的转化率低，甲醇选择性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有二氧化碳加氢合成的甲醇催化剂CO₂的转化率低、甲醇选择性差的问题，提供了一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂及其制备方法。

用于二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂由CuO、ZnO、ZrO₂和TiO₂组成，其中CuO、ZnO与TiO₂的摩尔比为2∶1∶2，ZrO₂与TiO₂的摩尔比为0.1～1∶2。

用于二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂的制备方法如下：一、将2g TiO₂分散于80mL去离子水中，加入十六烷基三甲基溴化铵的乙醇溶液，搅拌混合均匀，得到TiO₂-H₂O-C₂H₅OH-CTAB混合浆态液，所述十六烷基三甲基溴化铵的乙醇溶液由0.4g十六烷基三甲基溴化铵溶于20mL乙醇中制得；二、在加热保持恒温50℃的条件下，将浓度为1.0mol/L的混合溶液与浓度为1.0mol/L的Na₂CO₃溶液同时滴加到TiO₂-H₂O-C₂H₅OH-CTAB混合浆态液中进行沉淀反应，沉淀反应结束后，保持溶液的pH值为8.0继续搅拌1小时，静置，在室温下老化12小时，抽滤，洗涤，得到催化剂的前驱体，所述的混合溶液由硝酸铜、硝酸锌和硝酸锆组成，混合溶液中Zr离子、Cu离子与Zn离子的摩尔比为0.1～1∶2∶1；三、将步骤二所得催化剂的前驱体在110℃干燥12h，然后在350℃焙烧5小时，冷却，得到用于二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂。

本发明在现有沉淀法制备催化剂的基础上，采用添加十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂并流浆态沉淀法制备CO₂加氢合成甲醇CuO-ZnO-ZrO₂-TiO₂催化剂，通过改变催化剂中ZrO₂的添加量，改善了催化剂中铜活性组分的分散于性以及催化剂颗粒的粒度分布，用于CO₂加氢合成甲醇的催化性能较好，CO₂的转化率为5.47％～19.42％，甲醇选择性为6.67％～38.73％，甲醇产率为0.51％～4.50％。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。