[发明专利]一种室温固相反应制备的纳米铁修饰的铁基氨合成催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种室温固相反应制备的纳米铁修饰的铁基氨合成催化剂及其制备方法和应用，它是将铁基氨合成催化剂、铁的前驱体与固体试剂均匀混合，进行研磨、球磨或搅拌，使铁的前驱体与固体试剂在铁基氨合成催化剂载体上反应，反应结束后产物经过滤、洗涤、干燥、并在空气、氮气、氩气或真空条件下热处理得到最终的纳米铁修饰的铁基氨合成催化剂，纳米铁负载量为0.1‑20 wt%。本发明具有制备方法简单，原料易得且价格便宜，制备的周期短，能耗低，制备的纳米铁粒径小，稳定性好，提高了铁基氨合成催化剂的高活性及稳定性等优点。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种室温固相反应制备的纳米铁修饰的铁基氨合成催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

对于氨合成催化剂来说，其研究已有百年的历史，催化剂的持续改进一直是合成氨工业降低能耗，提高效率的关键途径之一。

1986年，专利CN1091997A公开了一种以Fe_1-xO（维氏体）为母体的新体系催化剂。Fe_1-xO氨合成催化剂具有低温高活性、易还原、机械强度高以及适用H₂/N₂范围宽和使用寿命（长达10年以上）等特点，是目前世界上活性最高、最先进的新一代熔铁催化剂。1992年，英国BP公司和美国Kellogg公司合作，开发成功以石墨化高比表面积的活性炭为载体、以Ru₃(CO)₁₂为母体的钌催化剂。但Ru/C催化剂甲烷化严重，使用寿命短，且钌资源贫乏，价格昂贵的特点限制了其在工业上的应用[Applied Catalysis A: General. 208 (2001)271]。1982年，中国学者沈剑霞等制备的FeCp₂-AC-K催化剂有较高活性[中国科学, 1982(09):778-784]。1984年浙江工业大学催化研究室制备的FeCp₂-AC-K催化剂也有较高活性，但是催化剂的稳定性不好 [浙江工学院学报.1984.9-13]。Kevin D. Maloney等研究发现将纳米铁覆盖在铁催化剂表面，能够显著提高铁催化剂的活性[US WO2010/083342A1]。

金属纳米材料具有显著的光学、电磁学和催化性能，在生物医药、能源转化、磁性存储、催化等领域有非常重要的应用前景。作为高效的催化剂，其催化活性和选择性远远高于传统催化剂，被广泛地应用于石油化工、生物化工等行业。因此，通过一种原料易得，操作简单的方法来得到金属纳米材料，对于基础研究和各种技术应用都非常重要。

室温/低热固相化学反应符合绿色化学的要求，因为从热力学可知固相化学反应没有化学平衡，反应收率100%，大量的实验结果证实了这一点。此外，固相化学反应不适用溶剂，在室温或低热温度条件下的反应有节能的优点，均符合Paul和John在GreenChemistry Theory and Practice中提出的绿色化学十二准则的要求。

鉴于以上，采用一种原料易得，操作简单且环境友好的方法——室温固相反应法制备金属纳米材料并将应用与氨合成催化剂的研究上，具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种室温固相反应制备的纳米铁修饰的铁基氨合成催化剂及其制备方法和应用，它采用简单的方法制备纳米铁材料并将其应用于铁基氨合成催化剂上，制得一种高活性和高稳定性的纳米铁负载的氨合成催化剂，其原料易得，操作简单且环境友好的方法，并将应用于合成氨工业和氨分解制氢工业，具有非常重要的意义。

所述的一种利用室温固相反应制备的纳米铁修饰的铁基氨合成催化剂，其特征在于以铁基氨合成催化剂为载体，在其表面进行原位室温固相反应负载纳米铁，纳米铁负载量为0.1-20 wt%。