[发明专利]一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂，催化剂具有三层核壳结构；所述核壳结构中，核为金属，占催化剂重量的40~80%；中间层为氮掺杂多孔碳，占催化剂重量的1~10%；最外层为二氧化硅，占催化剂重量的10~59%；其中，核包括Cu、Co金属纳米颗粒中的一种或多种；本发明还提供了上述用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂的制备方法及应用。本发明提出的三层核壳结构，建立了结构、性能可调的二氧化碳加氢制备低碳醇的“纳米反应器”，可解决现有技术中低碳醇选择性不高的问题，催化CO₂加氢可直接得到乙醇、丙醇等高附加值的醇类燃料，且价格低廉、制备方法简单，具有非常好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于二氧化碳转化技术领域，具体涉及一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂、制备方法及应用。

背景技术

随着全球能源需求日益增长，化石燃料的消耗与CO₂排放总量快速上升，带来了环境和能源的双重压力，将CO₂转化为化学品或燃料，一方面可以解决大气中CO₂浓度增加引发的环境问题，另一方面还可以降低对化石燃料的依赖度，对能源结构、生态环境、人民生活都具有重要意义。其中，CO₂加氢生成醇类的反应是CO₂转化利用最有前景的途径之一，目前研究较多的为CO₂加氢制甲醇，然而，乙醇和低碳醇比甲醇有更高的附加值，且相比于甲醇具有高热值、低毒、运输安全以及应用广泛等特点，由CO₂加氢一步得到乙醇和低碳醇则更为简单和经济。

CO₂加氢合成低碳醇的关键在于催化剂，主要的催化体系包括铜基催化剂、贵金属催化剂以及其他类型催化剂等。目前，催化剂有效组分的筛选以及催化剂制备方法的完善是提高催化性能的主要研究方向。CN 201510388581.5公开了一种二氧化碳加氢合成低碳醇催化剂及其制备方法和应用，催化剂以碱式碳酸镍为模板，引入过渡金属钼，再浸渍碱金属钾，最后硫化而得，该催化剂催化二氧化碳加氢产物中乙醇在总醇中的摩尔分数为43%。CN201911147327.0公开一种二氧化碳加氢合成低碳醇催化剂的制备方法，以乙醇和钛酸丁酯的混合溶液为溶剂，通过直接加入硝酸铜、硝酸铁和硝酸钴，以乙二醇做络合剂经水解、干燥、焙烧得到催化剂。目前的研究中，主要使用的为负载型催化剂，制备方法大都以浸渍法或者共沉淀方法为主,但这类催化剂的催化性能不甚理想，存在CO₂转化率低、C₂₊醇选择性不高等问题。基于此，本发明提供一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂、制备方法及应用以解决上述问题。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂；

本发明的第二目的是提供一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂的制备方法；

本发明的第三目的是提供上述催化剂在二氧化碳转化制备低碳醇领域中的应用。

本发明采用以下技术方案：

一种用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂，所述催化剂具有三层核壳结构；核壳结构中，核为金属，占催化剂重量的40~80%；中间层为氮掺杂多孔碳，占催化剂重量的1~10%；最外层为二氧化硅，占催化剂重量的10~59%。

进一步的，所述催化剂中，核包括Cu、Co金属纳米颗粒中的一种或多种。

以上所述的用于二氧化碳转化制备低碳醇的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将可溶性金属盐、有机配体混合并溶解于水中，有机配体为含氮杂环类化合物；其中，总金属离子与有机配体摩尔比为：1:0.5~3，将混合溶液调节pH后水热处理，随后将溶液抽滤或蒸干溶剂得到固体粉末；