[发明专利]高性能加氢Cu基催化剂及其制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种高性能加氢Cu基催化剂及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：将可溶性铜盐、可溶性稀土金属盐、可溶性碱土金属盐、可溶性锆盐和/或可溶性铝盐按照预设比例溶解于水中并搅拌；将生物质衍生羧酸溶于水中并搅拌；将所述溶液混合并搅拌，然后加热并干燥，得到催化剂前驱体粉末；将所述催化剂前驱体粉末加热煅烧，然后将其研磨成颗粒，得到高性能加氢Cu基催化剂。本发明的高性能加氢Cu基催化剂的制备方法，不仅避免了活性组分的流失、促进了活性组分在催化剂上的均匀分布，而且利用载体上大量的碱性位和Cu活性位协同作用，以及稀土元素的电子效应对Cu电子结构的调整，有效提升了Cu基催化剂的选择性和热稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种高性能加氢Cu基催化剂及其制备方法及应用。

背景技术

催化加氢反应是化石资源转化、大宗化学品制备等工业生产中重要的反应。比如，大气中二氧化碳浓度急剧增加所引起的全球性变暖日益严重，而目前二氧化碳加氢制甲醇的过程是回收二氧化碳的最有效的途径，此途径在环保和能源领域具有非常的重要意义。另外，随着世界石油资源的日益枯竭，开发以煤和生物质为基本化工原料大规模制备多种化学品符合社会需求。目前，通过煤和生物质气化所得到合成气生产草酸酯已经实现了工业化生产，但草酸酯和醋酸酯等催化加氢制乙二醇和乙醇等却由于催化剂的原因受到了极大的限制。

对加氢反应来说，高效催化剂的开发是该类工艺产业化的关键。由于铜基催化剂很多优良的特性，国内外多家单位致力于其在加氢反应中的应用研究。Cu基催化剂虽然可以很好的应用于催化加氢反应中，但是由于Cu基催化剂存在一些固有缺陷，如容易发生Cu原子的团聚和颗粒长大，使活性位减少、加氢活性急剧降低。并且，相比于贵金属和其它过渡金属，Cu的加氢活性不强。所以，Cu基催化剂开发的重点就是通过使用特定的载体、加入其它组份以及调节催化剂的形貌，以达到抑制Cu基催化剂的失活、提高加氢活性。如在许多研究中添加适当的助剂如B、Fe、Ag、Au、Co、Ni等提高Cu/SiO₂催化剂在草酸酯加氢反应中的稳定性。一些报道利用ZrO₂、Al₂O₃、羟基磷灰石、分子筛、活性炭和碳纳米管等负载Cu催化剂，在催化加氢反应中也表现出了较高的活性。当然，改变载体类型如二元载体SiO₂–TiO₂或SiO₂–ZrO₂等负载Cu催化剂也取得了一定的催化效果。

对于传统的固体碱载体如碱土金属氧化物MgO、CaO或BaO，虽然具有较高的表面碱性，在加氢反应中与Cu活性位发生协同作用后，大大提高了产物选择性。但其比表面积低，易受空气中水和二氧化碳的影响，在一定程度上限制了在实际生产中的应用。因此，为固体碱选择合适的掺杂组分、形成二元或多元载体负载Cu活性组分，对其充分利用并趋利避害具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种高性能加氢Cu基催化剂的制备方法。

二氧化锆(ZrO₂)具有良好的化学稳定性、酸碱性、氧化还原性、热稳定性和机械强度等优点，在能源、环境和材料领域广泛使用。此外，二氧化锆容易产生大量的氧空位，与活性组分相互作用，产生独特的催化活性和选择性。氧化铝(Al₂O₃)也是工业生产中常用的一种催化剂载体。所以，作为掺杂组分，与碱土金属氧化物形成二元(MO-ZrO₂、MO-Al₂O₃)或三元(MO-ZrO₂-Al₂O₃)载体，所得催化剂与单一载体负载Cu催化剂比较，结构与性能都有了较大的提升，选择性和稳定性显著提高。