[发明专利]一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂及其制备方法与应用

说明书

一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂及其制备方法与应用，属于化工催化领域。所述方法如下：将硝酸铜、硝酸铟和硝酸锆混合溶于去离子水中，在磁力搅拌的作用下滴加柠檬酸水溶液，得到混合均匀的溶胶溶液；溶胶溶液在磁力搅拌作用下，搅拌至得到玻璃状无定型产物；将玻璃状无定型产物移至真空干燥箱中，干燥处理，得到凝胶状的催化剂前驱体；将凝胶状催化剂前驱体放入管式炉中进行焙烧，冷却后研磨，压片成型过筛得到催化剂母体；将催化剂母体放入H₂/N₂气氛的管式炉中焙烧，保温后冷却后研磨。本发明采用溶胶‑凝胶法制备出Cu‑In/ZrO₂催化剂具有CO₂转化率高和甲醇选择性高等优点，在较高温度270℃的反应温度下，CO₂转化率为9.2‑12.2%，甲醇的选择性为47.1‑71.8%。

技术领域

本发明属于化工催化技术领域，具体涉及一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着化石能源的过度消耗，CO₂排放量持续上升，其引起的环境污染和“温室效应”日益严重。通过CO₂的捕集和利用的方法，可以减少大气中CO₂的含量。其中一种有效途径就是将CO₂加氢合成甲醇，不仅可以有效减少空气中的CO₂排放，而且可以制备出甲醇清洁能源。甲醇作为一种化工原料，广泛用于制备甲醛，醋酸等产品。工业上，合成气采用传统的Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂合成甲醇，该催化剂同样对CO₂加氢合成甲醇体系适用。然而，传统的Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂由于逆水煤气反应(rWGS)，导致反应过程中活性组分的烧结，表现出有限的催化活性和选择性。

二氧化碳减排和资源化利用关系到人类的可持续发展，而CO₂加氢制甲醇被认为是最具有研究前景的利用方式之一。目前，用于该反应体系的催化剂主要为铜基催化剂，然而铜基催化剂存在活性低、选择性差、易烧结等缺点。研究人员对催化剂的助剂及载体都有详细的研究，如ZnO、ZrO₂、Al₂O₃和SiO₂等。其中，ZrO₂不仅具有两性氧化物的性质，而且同时还具有氧化性和还原性的金属氧化物。ZrO₂载体还能增加铜的分散度和表面碱性，有利于CO₂吸附，从而提高催化活性。

由于二氧化碳加氢合成甲醇反应的热力学因素限制，目前二氧化碳的转化率很难突破20％，研究工作者往往从催化剂的组成来改进催化剂的活性，来提高催化活性和选择性。目前，用于二氧化碳加氢制甲醇的催化剂尚未成熟，实现工业化仍有很大难度。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂及其制备方法与应用，制备的铜铟合金催化剂具有高活性和选择性。

技术方案：一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一.将硝酸铜、硝酸铟和硝酸锆混合溶于去离子水中，在磁力搅拌的作用下滴加柠檬酸水溶液，得到混合均匀的溶胶溶液，其中硝酸铜、硝酸铟和硝酸锆中的铜离子、铟离子和锆离子的摩尔比为1:(0～2):4，铜离子、铟离子和锆离子的总和与柠檬酸的摩尔比为1:(1～1.5)；

步骤二.将步骤一得到的溶胶溶液在磁力搅拌作用下，搅拌至得到玻璃状无定型产物；

步骤三.将步骤二得到的产物移至真空干燥箱中，干燥处理，得到凝胶状的催化剂前驱体；