[发明专利]具有高全烯烃选择性的泡沫铁基催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有高全烯烃选择性的泡沫铁基催化剂的制备方法，包括如下步骤：S11、使用盐酸将泡沫铁粉去除铁锈，水洗后55‑65℃真空干燥10‑14小时，得到固体A；S12、将氧化性金属盐溶解在去离子水中，得到溶液B；S13、用硝酸调节溶液B的pH，得到溶液C；S14、将固体A置于溶液C中进行化学表面处理，处理结束后过滤，在110‑130℃下干燥10‑14小时得到具有高全烯烃选择性的泡沫铁基催化剂。该制备方法制得的催化剂以泡沫铁粉为原料，通过以化学表面处理为核心的处理方法，制备出具有高全烯烃选择性的费托合成催化剂，从而实现全烯烃的的收率≥60％。

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法与应用。更具体地，涉及一种用于费托合成反应的泡沫铁基催化剂，在该催化剂的催化下，费托合成产物可以实现高全烯烃选择性。

背景技术

烯烃是重要的化工原料，其中乙烯、丙烯与丁烯等低碳烯烃是多种高分子材料的单体，同时也时多种化工产品的基础原料；而碳原子数较高的烯烃的高碳烯烃则在有机合成领域有重要应用。目前在工业上烯烃的生产主要通过基于石油资源的工艺进行，这些生产方式因为原料对石油资源的依赖不利于烯烃生产的可持续性，探寻烯烃生产的替代路径越来越受到工业与科学研究的关注。在替代型生产路径中，费托合成制烯烃可以将由煤或生物质资源等制备来的合成气作为反应原料，通过费托合成反应将合成气转化为烯烃，可以实现烯烃生成的可持续性。

目前，铁基催化剂被认为是具有潜力的费托合成制烯烃的催化剂，相比于其它催化剂，铁基催化剂展现出较高的全烯烃选择性，并可通过改变对催化剂的处理方式或负载助剂来提高产物中全烯烃选择性；铁基催化剂对反应温度与压力的适应性更好，有利于反应稳定性；另一方面，铁基催化剂上可以发生水煤气变换反应，这使得铁基催化剂催化的费托合成的原料可以使用H₂/CO比较低的合成气，有利于降低成本。上述归纳的催化剂特点使得铁基催化剂更适合用于费托合成制烯烃反应中。

泡沫金属是具有多孔骨架结构的金属材料，其兼具泡沫结构和金属材质的优势，具有良好的热传递性能与结构强度，在电化学与化工等领域中有广泛的应用。泡沫铁粉是泡沫金属中的一种，将其作为催化剂材料来考察，其具有泡沫多孔结构，孔尺寸大，这有利于反应产物的扩散，使得费托合成反应中生成的烯烃容易脱离，降低反应产物加氢反应的活性，材料材质为金属，使得该材料的具有较高的结构强度，并具有优良的传热性能，这有助于提升反应的热稳定性，该材料与催化剂的制备过程容易，有助于降低生产成本。上述优势使得泡沫铁基催化剂适合于催化费托合成制烯烃反应，获得较高的全烯烃选择性。

在现有的费托合成制烯烃催化剂中，其产物分布倾向于低碳烯烃，催化剂的具有较好的低碳烯烃选择性，但全烯烃选择性略低，无法满足对全烯烃收率的需要。同时，这些催化剂的反应稳定性有限，不利于长时间反应，这影响了费托合成制烯烃的工业化进度。因此，需要提供一种稳定性好，不易失活且全烯烃选择性高的催化剂。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有高全烯烃选择性的泡沫铁基催化剂的制备方法。该制备方法制得的催化剂以泡沫铁粉为原料，通过以化学表面处理为核心的处理方法，制备出具有高全烯烃选择性的费托合成催化剂，从而实现全烯烃的的收率≥60％。

本发明中，术语“全烯烃”是指反应的全部碳氢产物中所有的烯烃的总称，从乙烯到Cn烯烃。

本发明要解决的第二个技术问题是提供上述具有高全烯烃选择性的泡沫铁基催化剂的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种具有高全烯烃选择性的泡沫铁基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S11、使用盐酸将泡沫铁粉去除铁锈，水洗后55-65℃真空干燥10-14小时，得到固体A；

S12、将氧化性金属盐溶解在去离子水中，得到溶液B；

S13、用硝酸调节溶液B的pH，得到溶液C；