[发明专利]一种双活性单原子氨合成催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种双活性单原子氨合成催化剂的制备方法，以三价铁盐与二价过渡金属盐为原料采用溶胶‑凝胶法制备含有双金属的凝胶体，再将凝胶体在惰性气体氛围下煅烧获得黑色固体产品，然后将采用还原剂将黑色固体产品进行还原即可获得双活性单原子氨合成催化剂；其中，所述溶胶‑凝胶法中，采用醇类溶剂和尿素作为助凝剂，利用正硅酸四乙酯在酸催化下的水解制备成含有双金属的凝胶体。本发明原料经济易得、方法便捷、产品性能稳定、利于回收循环利用，可以用于室温常压下合成氨。

技术领域

本发明涉及一种双活性单原子氨合成催化剂的制备方法，属化学工程工业催化技术领域。

背景技术

氮的循环是自然界中维持地球上生命活动的最重要的循环之一，能像自然界中固氮微生物一样在常温常压条件下将空气中的氮直接还原为氨是科技工作者一直以来的梦想。1913年9月9日，世界上第一座Haber-Bosch法氨合成装置在德国奥堡(Oppau)建成投产，日产30t氨，这是人类征服自然的一个划时代的丰碑。合成氨工业的巨大成功，改变了世界粮食生产的历史。然而，在这项伟大的发明过程中，曾遭遇了前所未有的困难。氨合成从实验室研究到实现工业生产，大约经历了150年。高效且稳定的熔铁型催化剂是催化合成氨技术成功的决定性因素。100多年来，世界各国从未停止过氨合成催化剂的研究与开发。近30多年来，Fe_1-xO基催化剂体系、钌基催化剂以及钴钼双金属氮化物催化剂的发现，正是这种寻求技术突破的思想体现。氨合成工业是我国化学工业的支柱产业之一，在国民经济中占有非常重要的地位。同时氨合成工业也是大吨位、高能耗、低效益的产业。衡量一个氨合成工业优劣的标准不是产品氨的质量，而是其能耗的高低。进一步开发更低温度和压力下高活性催化剂是解决能耗难题的最佳选择。在低碳经济、两型社会、雾霾治理的国家战略之下，尽快开发出更加绿色、高效催化剂在节能降耗方面起着至关重要的作用而且迫在眉睫。随着催化科学理论知识和规律性认识的不断深入，大量丰富的资料和经验的积累，特别是随着计算机技术的发展，为从理论基础上并在“原子”、“分子”水平上来设计催化剂提供了可能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种双活性单原子氨合成催化剂的制备方法，制备的催化剂应用于合成氨时，具有活性高、反应条件温和的催化效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种双活性单原子氨合成催化剂的制备方法，以三价铁盐与二价过渡金属盐为原料采用溶胶-凝胶法制备含有双金属的凝胶体，再将凝胶体在惰性气体氛围下煅烧获得黑色固体产品，然后将采用还原剂将黑色固体产品进行还原即可获得双活性单原子氨合成催化剂；其中，所述溶胶-凝胶法中，采用醇类溶剂和尿素作为助凝剂，利用正硅酸四乙酯在酸催化下的水解制备成含有双金属的凝胶体。

本发明制备的催化剂是单原子均匀分散的，其催化剂粒径为200～500nm，活性中心粒径约为0.1～0.25nm，具有超顺磁性(饱和磁场强度10.0～50.0emu/g)。该催化剂可用于工业氨合成催化领域，且与传统的工业催化剂相比具有更好的催化活性。

本发明的目的之二是提供一种上述制备方法获得的催化剂。

本发明的目的之三是提供一种氨的合成方法，采用上述催化剂。

本发明的有益效果为：

本发明利用溶胶-凝胶协同热处理法制备一种双活性单原子氨合成催化剂，简化了单原子催化剂的制备过程，原料经济易得、方法便捷、产品性能稳定、具有超顺磁性利于回收循环利用。