[发明专利]一种铁基催化剂在二氧化碳加氢合成低碳烯烃中的应用

说明书

本发明涉及一种用于二氧化碳加氢合成低碳烯烃的铁基催化剂及其制备方法和应用，主要实现了在单一催化剂上直接将CO₂加氢转化为低碳烯烃，获得了较高的低碳烯烃选择性，同时甲烷的选择性较低。本发明采用的催化剂以质量份数计，包括以下组分：a)铁的氧化物，所占份数为2～90％；b)铁的碳化物，所占份数为5～95％；c)选自锂、钠、钾、铷、铯的碱金属氧化物中的任意一种或两种以上，所占份数为0.01～10％。本发明提供的催化剂制备方法简单，可以直接将CO₂转化为低碳烯烃，CO₂的转化率可达40％以上，甲烷的选择性低于10％，低碳烯烃的碳基选择性可达到46.6％。

技术领域

本发明涉及一种用于二氧化碳加氢合成低碳烯烃的铁基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，大量CO₂的排放所引起的环境问题引发了全世界的关注。CO₂不仅是一种温室气体，也是一种最为丰富的碳资源。利用CO₂作为碳源可以合成多种高附加值的化学品和燃料。低碳烯烃是化学工业中最基本的原料之一，目前低碳烯烃的生产原料主要来源于石油资源。利用风能、太阳能等可再生能源以及富余核能电解水产生的氢气与CO₂反应合成低碳烯烃，不但可以实现CO₂的资源化利用，还提供了一条不依赖石油资源获得低碳烯烃的生产路线。因此，CO₂加氢合成低碳烯烃受到研究者们的广泛关注。

目前，CO₂加氢合成低碳烯烃催化剂体系的主要包括Fe基催化剂和双功能催化剂。据文献报道，Fe基催化剂对RWGS反应和F-T合成反应都有较高的活性和选择性。一般认为，铁的氧化物是RWGS反应的活性物种，而铁的碳化物是F-T合成反应的活性物种。传统的Fe基催化剂主要是铁的氧化物体系，其活性物种的形成是在反应条件下逐步产生的，使得活性物种的含量较低，从而导致催化剂的活性和低碳烯烃的选择性较低。

王野等采用浸渍法制备的Fe/TiO₂催化剂应用于CO₂加氢反应中，在340℃、2MPa、1200ml·g_cat^-1·h^-1的反应条件下，CO₂的转化率为21％，CO的选择性为55％，C₂^＝-C₄^＝选择性为16.1％(Catalysis Today,2013,215:186-193)。葛庆杰等报道了一种Na助剂改性Fe₃O₄催化剂(Catalysis ScienceTechnology,2016,6(13):4786-4793)。在320℃、3MPa、2000ml·g_cat^-1·h^-1的反应条件下，CO₂的转化率为40.5％，CO的选择性13.5％，烃类分布中C₂^＝-C₄^＝选择性为38.7％，CH₄为15.2％。在反应后的催化剂中可以检测到Fe₅C₂的存在，并推断Fe₅C₂是形成低碳烯烃的活性物种。

目前，已有一些用于CO₂加氢合成低碳烯烃催化剂申请了相关专利。以下列举几个已报道的专利，进行详细说明：

中国专利CN201510116355公开名称为：一种CO₂加氢制取低碳烯烃的铁基催化剂及其制备和应用。该专利报道了采用添加氧化物助剂Fe₃O₄催化剂。在CO₂加氢反应中CO₂的转化率较高，但低碳烯烃的选择性仅为28％。