CN107583651A - 一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂在光催化费托反应中的应用，所述应用为在可透光的密闭反应釜中加入铁基光催化剂20～100mg，通入稀释的合成气，进行全光谱光照，采用气相色谱检测产物随时间变化；所述合成气为包括CO、H2和N2的混合气体，其中所述CO、H2和N2的体积比为20:60:20。本发明的催化剂成本低廉，制备方便，工艺简单，便于大规模生产，首次将制备出的这种铁基催化剂用于光催化费托反应，产物中低碳烯烃有很高选择性，并且二氧化碳的选择性较低，这一工艺有望应用于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域。更具体地，涉及一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
乙烯、丙烯和丁烯(C2-C4低碳烯烃)的生产是化学工业中的重要基础化工原料。乙烯和丙烯通过聚合、歧化等可以得到聚乙烯、聚丙烯、丙烯睛、苯酚以及氯乙烯等化工原料，并进一步得到薄膜制品、高聚纤维、香料、防水材料、电缆以及管材料等精细日化品。环境污染和能源短缺是困扰人类可持续发展的难题。随着人类对能源需求的日益增加，石油资源的日益耗竭，非油基碳资源，包括储量相对丰富的煤和甲烷等化石燃料以及可通过光合作用再生的生物质资源在即将到来的后石油时代将发挥着重要的作用，这些非油基碳资源转化利用的较为成熟的技术是经合成气的间接转化途径，选择合适的催化剂，经由改性费托反应以煤基合成气为原料直接生产低碳烯烃(FTO)，是一条极具潜力的非石油路线生产附加值化学品的工艺路线。使用Fe基催化剂进行FTO反应具有以下优点：催化剂原料价格低廉；对原料气中硫等元素具有良好的抗毒性；能够适应广泛的H2/CO比。费托反应都是在高温高压中进行的，高温反应加速了积碳的形成和催化剂烧结导致催化剂的失活；同时从能量和效率上讲都是极其浪费的，如果在较温和条件下驱动费托反应，一直以来是催化及化学领域最前沿和极具挑战的课题，近年来，利用太阳能替代传统的热能来驱动CO加氢制备低碳烯烃类已经被证明是非常有前景的新思路。利用太阳能光催化技术将太阳能转化为化学能，已被认为是解决未来可再生能源的最佳途径之一。
水滑石是一类独特的层状阴离子型化合物，其主体层板结构类似于水镁石Mg(OH)2，层板为八面体MO6共棱边，金属离子占据八面体中心，由于主体层板的元素组成可调，层间客体的可调控性，水滑石在催化、载体和功能材料方面有诸多应用。以水滑石为前驱体，利用其自身的晶格定位效应和结构拓扑转化效应，通过焙烧还原，水滑石作为前体或刚性、稳定的模板，诱导限域形成具有高分散性和高负载型廉价金属纳米催化剂，以此代替传统贵金属催化剂有望在费托反应中有很好的选择性。
因此，本发明提供一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂，能够光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃且二氧化碳选择性较低。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂。
本发明的另一个目的在于提供一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的应用。
本发明基于水滑石的层状结构及层板二价和三价金属离子的比例可调控性，通过高温还原制备高负载量和高分散性铁基催化剂，并首次用此催化剂光催化费托反应，且其产物有很好的低碳烯烃选择性。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂，其化学式为Fe/FexOy/ZnO/Al2O3；其中，x＝2或3，y＝3或4。
为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：
一种上述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)配制混合金属盐溶液：将铁盐、锌盐和铝盐溶解于去离子水中，加入沉淀剂，充分溶解后，在20～80℃水浴，晶化8～24h，得到粗产物；
2)将步骤1)得到的粗产物洗涤、干燥，即得到前驱体水滑石材料；
3)将步骤2)得到的前驱体水滑石材料在氢氩混合气气氛中以2～5℃·min-1升温速率升温到350～650℃，保持2～5h，完毕后切换至氮气气氛，自然降温到室温，即得到所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂。
由于铁基催化剂是费托反应中制备低碳烯烃的活性相，又由于本发明中是用水滑石为前驱体，因此需要采用铁盐作为铁源，而锌作为费托反应中的一种助剂且本发明中要以水滑石为前驱体，因此采用锌盐作为锌源，同样由于本发明采用水滑石为前驱体且氧化铝在费托反应中是很好的载体，因此采用铝盐作为铝源。此外，在本发明中，由LDH的前驱体直接在还原气氛中还原，和先煅烧成氧化物后再还原，两种方法所得催化剂的催化效果相同，因此本发明中可以采用直接还原的方法制备催化剂，简化了操作步骤。
优选地，步骤1)中，所述铁盐溶解于去离子水中的浓度为0.2～0.05mol·L-1；所述锌盐溶解于去离子水的浓度为0.1～0.02mol·L-1；所述铝盐溶解于去离子水中的浓度为0.1～0.02mol·L-1；所述铁盐、锌盐和铝盐的摩尔比为3～1:1:1。
优选地，步骤1)中，所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁；所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌；所述铝盐为硝酸铝、氯化铝或硫酸铝。
优选地，步骤1)中，所述沉淀剂为氢氧化钠，沉淀剂的加入摩尔数为铁盐、锌盐和铝盐摩尔总数的2～8倍。
优选地，步骤2)中，洗涤的方式为用去离子水洗涤3～6次，干燥的温度为60～80℃，干燥的时间为6～20h。
优选地，步骤2)中，所得到的前驱体水滑石材料的化学式为[Zn2+ 1-m-nFe3+ mAl3+ n(OH)2](m+n)+·(Ax-)(m+n)/x·yH2O，其中0.2≤m+n≤0.33；x为阴离子的化合价数；y为结晶水数量，y的取值范围为0.5～9；Ax-是NO3 -或CO3 2-。
优选地，步骤3)中，所述氢氩混合气中氢气的体积分数为10％。
优选地，上述所用到的盐类和沉淀剂均为分析纯。
为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：
一种上述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂在光催化费托反应中的应用。
优选地，所述应用为在可透光的密闭反应釜中加入铁基光催化剂20～100mg，通入稀释的合成气，进行全光谱光照，采用气相色谱检测产物随时间变化；所述合成气为包括CO、H2和N2的混合气体，其中所述CO、H2和N2的体积比为20:60:20，该比例下CO加氢更有利于向低碳烯烃生成，且CO的转换率不至于太低。
另外，如无特殊说明，本发明中所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明以层状水滑石为前驱体，利用其自身的晶格定位效应和结构拓扑转化效应，通过高温还原，水滑石作为前体或刚性、稳定的模板，诱导限域形成具有高分散性和高负载型廉价金属铁纳米催化剂。
(2)本发明可通过控制前体金属盐摩尔比例和还原温度，进一步提高制得的铁基光催化剂在光催化费托反应制备低碳烯烃中的选择性。
(3)在优化催化剂制备条件下，低碳烯烃的选择性可高达42.4％，且CO2的选择性仅为11.4％，与相同温度下的传统热催化低碳烯烃的选择性为18.5％，CO2的选择性为49.5％相比，我们首次实现了采用铁基光催化剂光催化制备较高选择性的低碳烯烃并且CO2选择性较低。
(4)本发明的铁基光催化剂成本低廉，制备简便，工艺简单，易于大规模生产，且首次将铁基催化剂用于光催化费托反应，产物中低碳烯烃有很高选择性并且二氧化碳选择性较低，这一发现有望应用于工业生产。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1～3所获得的产物的XPS谱图；图中曲线a、b、c分别对应实施例1～3所制备的铁基光催化剂的XPS谱图。
图2A示出本发明实施例1所获得的铁基光催化剂的透射电镜图。
图2B示出本发明实施例2所获得的铁基光催化剂的透射电镜图。
图2C示出本发明实施例3所获得的铁基光催化剂的透射电镜图。
图2D示出本发明实施例1中步骤2)得到的前驱体水滑石材料(ZnFeAl-LDH)的透射电镜图。
图2E示出本发明实例1中步骤2)得到的前驱体水滑石材料(ZnFeAl-LDH)的XRD谱图。
图3示出本发明实施例2所获得的铁基光催化剂光催化费托反应性能图。
图4示出采用内部热电偶检测本发明实施例2所获得的铁基光催化剂体系下的温度变化曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。
实施例1
一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)配制混合金属盐溶液：将0.01mol四水合氯化亚铁、0.01mol氯化锌和0.01mol的九水合硝酸铝溶解于25mL去离子水得到溶液A；将0.08mol的氢氧化钠溶于50ml的去离子水得到溶液B，将溶液A和溶液B同时缓慢的滴到装有25ml的三颈烧瓶中，在滴定的过程中保持pH的值为8.0，40℃水浴，晶化24h。
2)待反应完成后，将粗产物用去离子水离心洗涤3次，完毕后于80℃烘箱中干燥12h，即可得到前驱体水滑石材料。
3)上述得到的水滑石材料在氢氩混合气(10％H2,v/v)气氛中以2℃·min-1升温速率升温到550℃，在该温度下保持3h，完毕后切换至N2气氛，自然降温到室温，即制得铁基光催化剂1，记为Fe-550。
根据上述方法制备得到的铁基光催化剂应用到光催化费托反应中，在可透光的密闭反应釜中加入铁基光催化剂100mg，通入稀释的合成气(CO：H2：N2＝20：60：20，体积比)，进行全光谱光照2h后，采用气相色谱测定催化剂活性以及各产物选择性。
图1中曲线a为实施例1制备的铁基光催化剂的XPS谱图。图2A为实施例1所获得的铁基光催化剂的透射电镜图。图2D为实施例1中步骤2得到的前驱体水滑石材料(ZnFeAl-LDH)的透射电镜图。图2E为实施例1中步骤2得到的前驱体水滑石材料(ZnFeAl-LDH)的XRD谱图。
由图2D可知，合成的前驱体水滑石由50nm左右的六方纳米片组成，其厚度约为2.1nm。由图2E可知，在此条件下，合成的前驱体水滑石可形成很好的水滑石结构，其(003)，(006)和(009)特征峰很明显。在还原温度下，如图1中的a曲线所示，出现了微弱的单质Fe的峰表明单质铁被还原出来；从图2A来看，在此温度下还原后的Fe单质高密度高负载量的分散在Al2O3纳米薄片上，其大小约为10nm。由表1可知2h后CO的转换率可达27.5％且低碳烯烃的选择性可达32.9％同时CO2的选择性为16.3％。
表1 Fe-550光催化性能表
实施例2
一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)配制混合金属盐溶液：将0.01mol四水合氯化亚铁、0.01mol氯化锌和0.01mol的九水合硝酸铝溶解于25mL去离子水得到溶液A；将0.08mol的氢氧化钠溶于50ml的去离子水得到溶液B，将溶液A和溶液B同时缓慢的滴到装有25ml的三颈烧瓶中，在滴定的过程中保持pH的值为8.0，40℃水浴，晶化24h。
2)待反应完成后，用去离子水离心洗涤3次，完毕后于80℃烘箱中干燥12h，即可得到前驱体水滑石材料。
3)上述得到的水滑石材料在氢氩混合气(10％H2,v/v)气氛中以2℃·min-1升温速率升温到500℃，在该温度下保持3h，完毕后切换至N2气氛，自然降温到室温。即得铁基光催化剂2，记为Fe-500。
根据上述方法制备得到的铁基光催化剂应用到光催化费托反应中，在反应釜中加入铁基光催化剂100mg，通入稀释的合成气(CO：H2：N2＝20：60：20，体积比)。全光谱光照，采用气相色谱检测产物随时间变化。测定催化剂活性。
同时在该体系中采用内部热电偶原位检测催化剂表面的温度随着光照时间的变化。对该实施例制备得到的催化剂进行表征：
附图1中曲线b为实施例2制备的铁基光催化剂的XPS谱图；图2B为实施例2所获得的铁基光催化剂的透射电镜图；图3为实施例2所获得的铁基光催化剂光催化费托反应的性能图；图4为采用内部热电偶检测本发明实施例2所获得的铁基光催化剂体系下的温度变化曲线。
在本实施例的还原温度下进行还原，终产物的XPS谱图如图1中b曲线所示，催化剂表面铁的含量增多；从图2B来看，在此温度下还原后的铁，形成高密度高负载量铁基光催化剂分散在Al2O3纳米薄片上，其大小约为7nm。此催化剂在全光谱照射2h后，催化活性及选择性如表二所示；随着时间的增加，其CO的转化率及产物的选择性如图3所示，从结果来看，该催化剂能高效的转化CO，CO的转化率为20.9％，随着光照时间的逐渐增加，CO的转化率在逐渐的增强；低碳烯烃的选择性在逐渐降低，同时CO2的选择性在逐渐的增加，2h时低碳烯烃的选择性最高同时CO2的选择性最低，由此可以看出，此催化剂可高效催化CO转化，具有很可观的低碳烯烃的选择性。图4为采用内部热电偶原位检测该体系催化剂表面的温度随着时间变化曲线，由图可知，在没有催化剂下，光照可使体系的温度上升到120℃，在加入催化剂后，催化剂表面的温度在瞬间上升，最终可以达到并平衡在230℃左右。按此温度进行传统釜式热催化，表2是其2h后的催化性能表，其CO转化率在2h时仅为10.3％，低碳烯烃的选择性为18.5％，且CO2的选择性为49.5％，由上述结果可以看出，相比传统的热催化，在光照体系下，Fe-500催化剂展现出很高的催化活性，且在低碳烯烃选择性上有很大优势，且更环保节能。
表2 Fe-500光催化性能表
实施例3
一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)配制混合金属盐溶液：将0.01mol四水合氯化亚铁、0.01mol氯化锌和0.01mol的九水合硝酸铝溶解于25mL去离子水得到溶液A；将0.08mol的氢氧化钠溶于50ml的去离子水得到溶液B，将溶液A和溶液B同时缓慢的滴到装有25ml的三颈烧瓶中，在滴定的过程中保持pH的值为8.0，40℃水浴，晶化24h。
2)待反应完成后，用去离子水离心洗涤3次，完毕后于80℃烘箱中干燥12h，即可得到前驱体水滑石材料。
3)上述得到的水滑石前驱体在氢氩混合气(10％H2,v/v)气氛中以2℃·min-1升温速率升温到450℃，在该温度下保持3h，完毕后切换至N2气氛，自然降温到室温。即得铁基光催化剂3，记为Fe-450。
根据上述方法制备得到的铁基光催化剂应用到光催化费托反应中，在反应釜中加入铁基光催化剂100mg，通入稀释的合成气(CO：H2：N2＝20：60：20，体积比)。全光谱光照，采用气相色谱检测产物随时间变化。测定催化剂活性。
对该实施例制备得到的催化剂进行表征：
附图1中曲线c为实施例3制备的铁基光催化剂的XPS谱图；图2C为实施例3所获得的铁基光催化剂的透射电镜图。
从图2C来看，在此温度下在催化剂的表面有少量的单质铁被还原，形成高密度高负载量铁基光催化剂分散在Al2O3纳米薄片上，其大小约为15nm。表3是其2h后的催化性能表，CO的转换率为20.3％，低碳烯烃的选择性为39.5％且CO2的选择性为14.9％。
表3 Fe-450光催化性能表
综上所述，现有技术中从合成气制备低碳烯烃的主要路径为用铁基催化剂运用传统的热催化，条件大多数在高温高压体系中进行；与现有技术相比，本发明首次采用光驱动费托反应，更有利于环境保护。
对比例1
一种镍基光催化剂，制备方法同实施例1，不同之处仅在于，将步骤1)中0.01mol四水合氯化亚铁和0.01mol氯化锌替换为0.02六水合氯化镍。
进行光驱动费托反应，产物都是甲烷，并没有得到低碳烯烃。
对比例2
一种铁基光催化剂，制备方法同实施例1，不同之处仅在于，
将步骤3)，将前驱体水滑石材料升温到600℃，并在此温度下保持4h，后自然降温到室温，得混合金属氧化物后，再将混合金属氧化物在氢氩混合气(10％H2,v/v)气氛中以2℃·min-1升温速率升温到550℃，在该温度下保持3h，完毕后切换至N2气氛，自然降温到室温，即制得铁基光催化剂。
将该铁基光催化剂进行光驱动费托反应，结果和实施例1条件下的催化性能是一样的，即表1，但该方法操作繁琐，不如本发明直接还原操作步骤简单。
一些实施例
检验前驱体水滑石材料升温温度对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤3)中前驱体水滑石材料升温到达的温度，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表4所示：
表4不同铁基光催化剂的催化结果
| 实施例编号 | 温度(℃) | CO的转换率 | C2-C4烯烃的选择性 | CO2的选择性 |
| 1 | 550 | 27.5 | 32.9 | 16.3 |
| 4 | 350 | 7.2 | 19.4 | 60.2 |
| 5 | 500 | 20.9 | 42.4 | 11.4 |
| 6 | 600 | 20.7 | 27.5 | 31.4 |
| 7 | 650 | 8.4 | 22.7 | 29.6 |
结果表明：随着前驱体升温到达的温度的不同对产物的选择性有很大的影响，在500度是低碳烯烃的选择性最大并且CO2的选择性最低。
一些实施例和对比例
检验铁盐、锌盐和铝盐的摩尔比对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，保持步骤1)中铁盐、锌盐和铝盐的摩尔比总量不变，改变步骤1)中铁盐、锌盐和铝盐的摩尔比，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表5所示：
表5不同铁基光催化剂的催化结果
| 实施例编号 | 摩尔比 | CO的转换率 | C2-C4烯烃的选择性 | CO2的选择性 |
| 1 | 1:1:1 | 27.5 | 32.9 | 16.3 |
| 8 | 2:1:1 | 33.2 | 25.4 | 17.8 |
| 9 | 3:1:1 | 34.5 | 26.7 | 18.3 |
| 对比例3 | 0.5:1:1 | 23.6 | 25.9 | 17.9 |
| 对比例4 | 3.5:1:1 | 35.6 | 27.6 | 18.7 |
结果表明：随着铁盐、锌盐和铝盐的摩尔比的变化，对CO的转换率以及产物的选择性都有很大的影响，且当Fe：Zn：Al＝1:1:1时CO的转换率以及低碳烯烃的选择性最高，以及CO2的选择性最低。
一些实施例
检验水浴温度对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤1)中水浴温度，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表6所示：
表6不同铁基光催化剂的催化结果
| 实施例编号 | 水浴温度(℃) | CO的转换率 | C2-C4烯烃的选择性 | CO2的选择性 |
| 1 | 40 | 27.5 | 32.9 | 16.3 |
| 10 | 20 | 27.1 | 32.4 | 15.9 |
| 11 | 60 | 27.8 | 32.3 | 16.1 |
| 12 | 80 | 26.9 | 31.8 | 16.2 |
结果表明：本发明中在改变前驱体的水浴温度时对CO的转换率以及产物的选择性没有明显的影响。
一些实施例
检验晶化时间对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤1)中晶化时间，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表7所示：
表7不同铁基光催化剂的催化结果
| 实施例编号 | 晶化时间(h) | CO的转换率 | C2-C4烯烃的选择性 | CO2的选择性 |
| 1 | 24 | 27.5 | 32.9 | 16.3 |
| 13 | 8 | 27.2 | 32.5 | 16.4 |
| 14 | 12 | 27.9 | 31.9 | 16.8 |
| 15 | 20 | 28.0 | 31.1 | 16.5 |
结果表明：本发明中在合成前驱体的时候改变水滑石的晶化时间对CO的转换率以及产物的选择性影响不是很大。
一些实施例
检验沉淀剂的加入量对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤1)中沉淀剂的加入量，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表8所示：
表8不同铁基光催化剂的催化结果
结果表明：本发明中在改变沉淀剂的用量时对CO的转换率以及产物的选择性并没有太大的影响。
一些实施例
检验干燥的温度对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤2)中干燥的温度，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表9所示：
表9不同铁基光催化剂的催化结果
| 实施例编号 | 干燥的温度(℃) | CO的转换率 | C2-C4的选择性 | CO2的选择性 |
| 1 | 80 | 27.5 | 32.9 | 16.3 |
| 19 | 60 | 27.3 | 31.6 | 16.5 |
| 20 | 70 | 28.2 | 31.2 | 16.7 |
结果表明：本发明中在改变前驱体的干燥温度时对CO的转换率以及产物的选择性并没有太大的影响。
一些实施例
检验干燥的时间对铁基光催化剂性能的影响，即制备方法同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤2)中干燥的时间，得到的产物进行光催化费托反应，水解反应步骤同实施例1，结果如表10所示：
表10不同铁基光催化剂的催化结果
| 实施例编号 | 干燥的时间(h) | CO的转换率 | C2-C4的选择性 | CO2的选择性 |
| 1 | 12 | 27.5 | 32.9 | 16.3 |
| 21 | 6 | 27.2 | 31.9 | 17.0 |
| 22 | 20 | 28.5 | 31.8 | 17.1 |
结果表明：本发明中在改变前驱体的干燥时间量时对CO的转换率以及产物的选择性并没有太大的影响。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂在光催化费托反应中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂用于光催化费托反应包括如下步骤：在可透光的密闭反应釜中加入铁基光催化剂20～100mg，通入稀释的合成气，进行全光谱光照，采用气相色谱检测产物随时间变化；所述合成气为包括CO、H2和N2的混合气体，其中所述CO、H2和N2的体积比为20:60:20。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的化学式为Fe/FexOy/ZnO/Al2O3；其中，x＝2或3，y＝3或4。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法包括如下步骤：
1)配制混合金属盐溶液：将铁盐、锌盐和铝盐溶解于去离子水中，加入沉淀剂，充分溶解后，在20～80℃水浴，晶化8～24h，得到粗产物；
2)将步骤1)得到的粗产物洗涤、干燥，即得到前驱体水滑石材料；
3)将步骤2)得到的前驱体水滑石材料在氢氩混合气气氛中以2～5℃·min-1升温速率升温到350～650℃，保持2～5h，完毕后切换至氮气气氛，自然降温到室温，即得到所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂。
5.一种光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂，其特征在于，所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的化学式为Fe/FexOy/ZnO/Al2O3；其中，x＝2或3，y＝3或4。
6.如权利要求5所述的光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)配制混合金属盐溶液：将铁盐、锌盐和铝盐溶解于去离子水中，加入沉淀剂，充分溶解后，在20～80℃水浴，晶化8～24h，得到粗产物；
2)将步骤1)得到的粗产物洗涤、干燥，即得到前驱体水滑石材料；
3)将步骤2)得到的前驱体水滑石材料在氢氩混合气气氛中以2～5℃·min-1升温速率升温到350～650℃，保持2～5h，完毕后切换至氮气气氛，自然降温到室温，即得到所述光催化一氧化碳加氢制备低碳烯烃用铁基光催化剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述铁盐溶解于去离子水中的浓度为0.2～0.05mol·L-1；所述锌盐溶解于去离子水的浓度为0.1～0.02mol·L-1；所述铝盐溶解于去离子水中的浓度为0.1～0.02mol·L-1；所述铁盐、锌盐和铝盐的摩尔比为3～1:1:1；所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁；所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌；所述铝盐为硝酸铝、氯化铝或硫酸铝；
所述沉淀剂为氢氧化钠，沉淀剂的加入摩尔数为铁盐、锌盐和铝盐摩尔总数的2～8倍。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，洗涤的方式为用去离子水洗涤3～6次，干燥的温度为60～80℃，干燥的时间为6～20h。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所得到的前驱体水滑石材料的化学式为[Zn2+ 1-m-nFe3+ mAl3+ n(OH)2](m+n)+·(Ax-)(m+n)/x·yH2O，其中0.2≤m+n≤0.33；x为阴离子的化合价数；y为结晶水数量，y的取值范围为0.5～9；Ax-是NO3 -或CO3 2-。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述氢氩混合气中氢气的体积分数为10％。
Priority Applications (1)
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