CN111545209A - 基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法,获得催化活性和稳定性优良的Cu/ZnO纳米催化剂,并且所用原料药剂安全易得,用于二氧化碳催化加氢制甲醇,在较低温度425℃下表现出较高的催化反应活性,CO2转化率达到83%以上,CO产率达到31%以上,CH3OH产率达到52%以上,可用于绿色环保新能源的开发与应用。

Description

基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法
技术领域
本发明属于化工领域,涉及一种基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法。
背景技术
水煤气(WGS)变换反应已经研究了近一个世纪,工艺比较成熟。而逆水煤气变换反应(RWGS)可以利用丰富而廉价的二氧化碳作为碳源,利用RWGS反应生成的一氧化碳作为中间产物,采用F-T合成法制备烯烃;也可以利用RWGS生产乙醇。目前广泛应用于生产甲醇的CAMERE法,其中高温下的RWGS反应是其关键步骤,一氧化碳的转化率越高对甲醇的合成就越有利。因此高稳定性的催化剂对CAMERE反应至关重要。
传统的RWGS催化剂主要包括铝酸锌催化剂、Pt/CeO2催化剂、铜基催化剂和锰基催化剂等。上述催化剂主要采用沉淀法制备氧化铁催化剂,主要包括原料溶解混合、中和、热煮、洗涤、过滤、干燥和焙烧几个步骤。由于RWGS属于多相反应,因此要求催化剂具有复杂的化学组成和特殊的物理结构。采用不同的制备方法,催化剂的化学组成相同,但是物理结构有差异,催化效果差异较大。上述沉淀法制备氧化铁催化剂,制备的氧化铁催化剂粒径不均匀,分散度低,催化效果差。因此利用氧化铜纳米片作为模板,制备铁系催化剂的方法日益流行。但是上述方法需要最后将铜元素去除,防止催化干扰,造成成本提高。
发明内容
为了克服上述缺陷,本发明目的在于提供一种基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法,该方法制备的催化剂成本较低,活性分组均匀分布。
为了实现发明目的,本发明采取的技术方案如下:
一种基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法,其特征在于包括如下步骤:
1)将硬模板氧化铜纳米片与去离子水混合,质量比为1:1000—1:2000,然后在30-60r/min的转速下搅拌2-5h,使硬模板氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中;
2)将溶液加热至50-80℃,在此温度下,在30-60r/min的转速下加入与硬模板氧化铜纳米片相同摩尔数的氯化锌,使其完全溶解在溶液中;
3)搅拌2-5h后,发生如下反应:
ZnCl2+CuO→CuCl2+ZnO。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为灰色。然后通过过滤分离沉淀,并用过量去离子水清洗以去除未反应的锌离子;
4)用去离子水冲洗剩余的灰色样品,最后真空干燥并压碎,得到Cu/ZnO催化剂。
采用本方法可获得如下有益效果:获得催化活性和稳定性优良的Cu/ZnO纳米催化剂,并且所用原料药剂安全易得,用于二氧化碳催化加氢制甲醇,在较低温度425℃下表现出较高的催化反应活性,CO2转化率达到83%以上,CO产率达到31%以上,CH3OH产率达到52%以上,可用于绿色环保新能源的开发与应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明:
实施例1
1.将800mg硬模板氧化铜纳米片与800ml去离子水混合,然后在30r/min的转速下搅拌2h,使硬模板氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中。
2.将溶液加热至50℃,在此温度下,在30r/min的转速下加入与硬模板氧化铜纳米片相同摩尔数的氯化锌,使其完全溶解在溶液中。
3.搅拌2h后,发生如下反应:
ZnCl2+CuO→CuCl2+ZnO。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为灰色。然后通过过滤分离沉淀,并用过量去离子水清洗以去除未反应的锌离子。
4.用去离子水冲洗剩余的灰色样品,最后真空干燥并压碎,得到氧化铁催化剂。
材料在较低温度425℃下表现出较高的催化反应活性,CO2转化率83.6%,CO产率31.2%,CH3OH产率52.4%,可用于绿色环保新能源的开发与应用。
实施例2
1.将500mg硬模板氧化铜纳米片与500ml去离子水混合,然后在50r/min的转速下搅拌3h,使硬模板氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中。
2.将溶液加热至40℃,在此温度下,在40r/min的转速下加入与硬模板氧化铜纳米片相同摩尔数的氯化锌,使其完全溶解在溶液中。
3.搅拌3h后,发生如下反应:
ZnCl2+CuO→CuCl2+ZnO。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为灰色。然后通过过滤分离沉淀,并用过量去离子水清洗以去除未反应的锌离子。
4.用去离子水冲洗剩余的灰色样品,最后真空干燥并压碎,得到氧化铁催化剂。
材料在较低温度425℃下表现出较高的催化反应活性,CO2转化率83.8%,CO产率31.6%,CH3OH产率52.2%,可用于绿色环保新能源的开发与应用。
实施例3
1.将1200mg硬模板氧化铜纳米片与1200ml去离子水混合,然后在60r/min的转速下搅拌5h,使硬模板氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中。
2.将溶液加热至80℃,在此温度下,在60r/min的转速下加入与硬模板氧化铜纳米片相同摩尔数的氯化锌,使其完全溶解在溶液中。
3.搅拌5h后,发生如下反应:
ZnCl2+CuO→CuCl2+ZnO。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为灰色。然后通过过滤分离沉淀,并用过量去离子水清洗以去除未反应的锌离子。
4.用去离子水冲洗剩余的灰色样品,最后真空干燥并压碎,得到氧化铁催化剂。
材料在较低温度425℃下表现出较高的催化反应活性,CO2转化率83.2%,CO产率31.4%,CH3OH产率52.3%,可用于绿色环保新能源的开发与应用。

Claims (1)

1.一种基于硬模板氧化铜纳米片合成Cu/ZnO催化剂的方法,其特征在于包括如下步骤:
1)将硬模板氧化铜纳米片与去离子水混合,质量比为1:1000—1:2000,然后在30-60r/min的转速下搅拌2-5h,使硬模板氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中;
2)将溶液加热至50-80℃,在此温度下,在30-60r/min的转速下加入与硬模板氧化铜纳米片相同摩尔数的氯化锌,使其完全溶解在溶液中;
3)搅拌2-5h后,发生如下反应:
ZnCl2+CuO→CuCl2+ZnO;同时溶液的颜色从黑色逐渐变为灰色,然后通过过滤分离沉淀,并用过量去离子水清洗以去除未反应的锌离子;
4)用去离子水冲洗剩余的灰色样品,最后真空干燥并压碎,得到Cu/ZnO催化剂。
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王伊强等: "《普通化学》", 30 June 2003, 中国农业出版社 *

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