[发明专利]一种氟掺杂介孔碳的限域Fe系催化剂及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种氟掺杂介孔碳的限域Fe系催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将模板剂溶解于乙醇水溶液中，得溶液A；

(2)将氟元素前驱体加入到所述的溶液A中，混合均匀后，得溶液B；

(3)将Fe前驱体和碱金属前驱体加入到所述的混合液B，混合均匀后，得溶液C；

(4)将甲阶酚醛树脂乙醇溶液加入所述的混合液C，得凝胶状液体；

(5)将所述的凝胶状液体干燥后，进行热处理，得所述的氟掺杂介孔碳的限域Fe系催化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述的步骤(1)中，溶液A中模板剂的含量为1.5-6.25wt％，乙醇水溶液中乙醇和水的质量比为1-10:1；

所述的步骤(4)中，甲阶酚醛树脂乙醇溶液的浓度为20wt％；

所述的氟元素前驱体、Fe前驱体、碱金属前驱体、甲阶酚醛树脂乙醇溶液与模板剂的质量比为0.1-0.4:0.2-2.0:0-0.2：2-10：1。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

所述的氟元素前驱体、Fe前驱体与模板剂的质量比为0.2-0.32:0.6-1.2:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述的步骤(1)中，模板剂为P123、F127、F108、F188中的至少一种；

所述的步骤(2)中，氟元素前驱体为4-氟-苯酚、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氟乙烯的至少一种；

所述的步骤(3)中，Fe前驱体为乙酰丙酮铁、九水硝酸铁、氯化铁、氯化亚铁、乙酸铁、羰基铁、纳米四氧化三铁中的至少一种；

碱金属前驱体为氯化钾、硝酸钾、硝酸钠、硝酸锰、乙酸钾、乙酸锰中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述的步骤(1)中，模板剂为F127或P123；

所述的步骤(2)中，氟元素前驱体为四氟乙烯和/或聚偏氟乙烯；

所述的步骤(3)中，Fe的前驱体为乙酸铁或九水硝酸铁，碱金属前驱体为硝酸钾或乙酸锰。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述的步骤(5)中，热处理过程为：在绝氧气氛，初始温度为30℃，以1-10℃/min的升温速率,升高至200-400℃，并在该温度下保持2-5h，再以1-10℃/min的升温速率升高至500-900℃，保持2-4h；

所述的绝氧气氛为氮气、氩气、氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯中的至少一种，流速为30-150mL/min。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

所述的步骤(5)中，热处理过程为：在绝氧气氛下，以2-5℃/min的升温速率，升高至290-350℃并保持，再以2-6℃/min升温速率升高至550-800℃；

所述的绝氧气氛为氮气、氢气、一氧化碳和乙烯的混合气，流速为60-120mL/min。

8.一种氟掺杂介孔碳的限域Fe系催化剂，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而成。

9.权利要求7所述的限域Fe系催化剂的应用，其特征在于，

权利要求7所述的限域Fe系催化剂在绝氧气氛、300-450℃下活化处理1-4h后，在280-400℃、1-5：1的H₂/CO₂进料体积比、4000-15000mL/g_cat/h的质量空速范围条件下，催化CO₂加氢制备低碳烯烃反应；

所述的绝氧气氛为氢气、一氧化碳、甲烷中的至少一种。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，

所述的限域Fe系催化剂在氢气或一氧化碳气氛、350-420℃下活化处理后，在300-350℃、2-4：1的H₂/CO₂进料体积比、4800-12000mL/g_cat/h的质量空速范围条件下，催化CO₂加氢制备低碳烯烃反应。