[发明专利]一种碳层嵌入式的碳化铁及其制备方法和碳层嵌入式的碳化铁作为费托合成催化剂的应用

说明书

本发明属于费托合成催化剂技术领域，尤其涉及一种碳层嵌入式的碳化铁及其制备方法和碳层嵌入式的碳化铁作为费托合成催化剂的应用。本发明提供了一种碳层嵌入式的碳化铁，碳层嵌入式的碳化铁包括碳层和碳化铁纳米颗粒；碳化铁纳米颗粒负载于碳层上且碳化铁纳米颗粒非全包裹于碳层内。本发明中，碳层嵌入式的碳化铁具有独特的微观结构，碳化铁纳米颗粒均匀负载于碳层上且碳化铁纳米颗粒非全包裹于碳层内，使得该碳层嵌入式的碳化铁作为费托合成催化剂能够防止碳化铁纳米颗粒在长时间的高温反应中烧结，作为费托合成催化剂具有高的稳定性和机械强度；实验结果表明，该碳层嵌入式的碳化铁作为费托合成催化剂具有很高的催化活性，CO转化率高。

技术领域

本发明属于费托合成催化剂技术领域，尤其涉及一种碳层嵌入式的碳化铁及其制备方法和碳层嵌入式的碳化铁作为费托合成催化剂的应用。

背景技术

费托合成是二十世纪二十年代发现的由合成气(一氧化碳和氢气的混合气体)在催化剂上催化合成烃类液体燃料的反应，由德国科学家Fischer和 Tropsch发明，故简称费-托合成或F-T合成；其中，合成气由天然气转化制取或由煤经过煤气化制取。鉴于费托合成具有不依赖石油，产品洁净等特点，费托合成具有非常广阔的应用前景。

研究表明，大多数的Ⅷ族金属对费托合成具有催化作用，但通常认为只有Fe、Co、Ni、Ru四种过渡金属具有足够强的催化能力，其反应活性顺序为 Ru>Fe>Co>Rh>Ni。由于Ru、Rh金属价格昂贵，Ni存在高压反应时易形成羰基化合物流失以及甲烷化趋势严重等缺点，费托合成大多采用铁基或钴基催化剂。费托合成反应工艺分为低温费托合成和高温费托合成，铁基催化剂可适用于这两类费托合成工艺，而钴基催化剂只能用于低温费托合成工艺。并且，Fe价格低廉，储量广泛，世界铁矿石总储量约8000亿吨。此外，Fe基催化剂具有较高的活性和较高的烯烃选择性，经适当修饰可以高选择性地获得较高辛烷值的汽油、柴油、煤油等液体燃料或低碳烯烃等大宗化工原料。同时，铁基催化剂的水汽变换性能优异，能够调节H₂/CO比，相比于Co基催化剂更适用于以生物质或煤为原料所得的低H₂/CO比的费托合成反应，因此受到更加广泛的关注。

铁基费托合成催化剂中，工业上一般使用沉淀铁或者熔铁，用于中温或者高温费托反应。但是，传统的沉淀铁和熔铁催化剂容易积碳和烧结，催化剂孔道容易堵塞，比表面丧失以及机械强度降低会导致催化剂活性逐渐降低以及使用寿命严重缩短。负载型催化剂能利用载体提高催化剂的机械强度，能够提高铁颗粒的分散性和抗烧结能力，但一方面相互作用较强的载体，铁颗粒与载体间强的相互作用会使催化剂活性大大降低；另一方面，相互作用较低的载体又会使铁颗粒团聚而失活。因此，亟需兼具高的催化活性和机械强度及良好抗烧结能力的铁系费托合成催化剂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳层嵌入式的碳化铁及其制备方法和碳层嵌入式的碳化铁作为费托合成催化剂的应用，用于提供一种兼具高的催化活性和机械强度及良好抗烧结能力的铁系费托合成催化剂。

本发明的具体技术方案如下：

一种碳层嵌入式的碳化铁，所述碳层嵌入式的碳化铁包括碳层和碳化铁纳米颗粒；

所述碳化铁纳米颗粒负载于所述碳层上且所述碳化铁纳米颗粒非全包裹于所述碳层内。

优选的，所述碳化铁纳米颗粒的粒径为10nm～50nm；

所述碳层的厚度为1.5nm～3nm；

所述碳层嵌入式的碳化铁的比表面积为80m²/g～350m²/g。

优选的，所述碳层嵌入式的碳化铁中铁元素的负载量为15wt％～80wt％。

本发明还提供了上述技术方案所述碳层嵌入式的碳化铁的制备方法，包括以下步骤：