[发明专利]一种纳米α-羟基氧化铁的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米α‑羟基氧化铁的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将硫酸亚铁溶解于水中，向其中加入乙醇和分散剂；分散均匀后，向其中滴加碱液调节pH进行反应；鼓泡通入空气或氧气进行氧化，待体系完全转变为黄色后进行过滤，得到滤饼，干燥后即得α‑羟基氧化铁。以硫酸亚铁为原料，水和乙醇为液体分散相，加入分散剂，采用液相空气氧化法制备纳米α‑羟基氧化铁。乙醇和水作为载体，加入分散剂，改变体系的表面张力，大大提高硫酸亚铁溶液初始浓度，单次制备量提高5倍以上；且生成的纳米级α‑Fe₂O₃晶体颗粒疏松，结构均匀，大大降低颗粒之间的粘结性。该工艺简单稳定，重复性好，产品质量稳定，收率高。

技术领域

本发明涉及煤炭液化催化剂技术领域，具体涉及一种纳米α-羟基氧化铁的制备方法。

背景技术

我国是富煤少油的能源需求大国，煤炭现在和未来很长一段时间内都将在我国能源及化工领域占主要地位。充分利用我国储量丰富的煤炭资源，大力发展煤制油技术，能够缓解我国石油资源高度依赖进口的局面，因此开展煤炭液化技术的研究具有重大的现实意义。

由于世界油价持续上涨和开采成分越来越重(我国尤其如此)，上世纪八九十年代美国科学研究人员提出煤油共炼技术，其技术来源于煤直接液化技术，从石油渣油和重质原油与煤炭加氢共热解过程中尽可能多产轻质燃料油。煤油共炼可以提高煤炭和重质油资源的利用效率，提升石油炼制水平，达到多产轻质燃料油的目的。

煤炭液化技术的核心技术在于新型催化剂，尤其是纳米高效催化剂的开发。研究表明，外层有空d轨道的过渡金属可以作为煤加氢液化的催化剂，目前已发现的催化剂有熔融金属、金属氧化物、卤化物、金属硫化物和酸性催化剂和炭黑等五类。由于煤炭液化过程体系内高缩合度芳香烃类物质易结焦，而且体系粘度较大，催化剂易失活且回收困难，需要选用高效、价格低廉、环境友好的催化剂。所以从经济效益和环境保护等各方面综合考虑，铁系催化剂最有应用前景，目前煤直接液化主要以铁系催化剂为主。按照物质种类和来源的不同铁系催化剂可分为两类:(l)天然矿物或矿渣催化剂；(2)人工合成的超细微粒纳米铁基催化剂。

纳米铁系催化剂的制备一直是研究的重点。CN99103015.X介绍了一种浆状铁基催化的制备方法，铁盐溶液在高速搅拌下与氨水反应生成无定形Fe(OH)₃或Fe(OH)₂超细粒子，形成水凝胶，并经过高速离心脱水，再与适量煤粉和液化溶剂混合分散制成浆状铁基催化剂，其中铁基一次粒子的粒径约为30-80nm。中国专利CN03153377.9公开了一种铁基催化剂的制备过程，将亚铁盐溶液加入到煤粉中，搅拌均匀，其次再加入一定量的含氢氧根离子的弱碱性溶液或强碱性溶液，搅拌均匀后制得载有Fe(OH)₂沉淀的煤浆。然后将煤上载有Fe(OH)₂沉淀用空气或氧气氧化成γ-FeOOH，最后上述煤浆经过离心过滤或加压过滤制得高分散铁基煤直接液化催化剂，其中铁基催化剂粒子形状为长条形，宽为20-50nm，长为60-150nm。

日本三井造船株式会社申请了比较典型的两个专利铁系催化剂。(1)专利JP20030025720其制备过程为：把100目的煤炭浸泡在硫酸亚铁水溶液中，加入尿素和碳酸溶液进行中和反应，并通入氧气生成水合氧化铁和离子型氧化铁，高度分散于煤颗粒表面，粒径为数十纳米，进一步脱水、干燥、制备成催化剂。(2)专利CN1744947制备方法为：硫酸亚铁和氨在水溶液中进行反应生成氢氧化铁，对氢氧化铁进行脱水干燥，在干式粉碎机中对经脱水干燥的氢氧化铁与形成催化剂载体的煤(一部分液化原料煤)一起同时进行粉碎，并经微粉碎，使催化剂均匀并高度分散附着在煤表面。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种纳米α-羟基氧化铁的制备方法，相较于现有制备方法可以大幅度提高α-羟基氧化铁的单次制备效率，并且制备出纳米α-羟基氧化铁，粒径均匀，基本不粘连，可以作为煤油共炼或煤直接液化的催化剂使用和作为制备纳米级α-Fe₂O₃的原料。