CN111841541A - 一种CuFeC催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

一种CuFeC催化剂的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CuFeC催化剂的制备方法，本发明的合成过程中采用的含碳原料既作为碳源，又作为还原剂，油浴过程中金属源、含碳原料和溶液中OH‑、O2发生反应，生成碳氧金属化合物。随后的煅烧处理，在一定含碳气氛或惰性气氛中，碳氧化合物进一步被还原碳化，得到CuFeC复合材料。本发明的合成方法使用的无机铁盐、无机铜盐和含碳材料，绿色廉价，适用于大规模催化剂生产，并且合成过程简单易操作、重复性好，制备得到的CuFeC复合材料在CO2加氢反应中具有广阔的应用前景。

Description

一种CuFeC催化剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种CuFeC催化剂及其制备方法与CO2加氢中的应用，属于功能材料技术领域。
背景技术
随着全球经济的快速增长，相应的化石资源消耗和CO2排放加大。CO2是一种温室气，过量排放会导致海洋酸化、全球变暖、海平面升高和气候异常，严重影响了人们的日常生活与生产。要解决经济发展与环境恶化的矛盾，构建清洁的能源化工产业是根本出路。发展CO2加氢制高碳烃类液体燃料对实现CO2减排和循环转化利用具有重要的意义。目前，CO2加氢制高碳烃反应的瓶颈在于其严重受热力学平衡限制，CO2转化效率低下。因此，制备一种具有高转化率和高重质烃选择性的CO2加氢催化剂是非常必要的。
铁碳化合物的制备方法通常涉及到复杂严格的操作流程、昂贵的还原剂(N2H4)和有机溶剂(乙二醇)等。因此，发明一种绿色无污染、价格低廉、操作简便的制备CuFeC催化剂的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种CuFeC催化剂的制备方法，其主要用于CO2的加氢反应。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种CuFeC催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无机铁盐、无机铜盐溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到无机金属盐的水溶液；
(2)将含碳原料分散在去离子水中，混合搅拌均匀，得到含碳溶液；
(3)将无机金属盐的水溶液和含碳溶液混合，同时进行搅拌，得到稳定均匀的水溶液；
(4)将上述稳定均匀的水溶液置于油浴锅中，在温度为80-180℃条件下反应5-15h，自然冷却至室温后，用去离子水洗涤，抽滤，最后在50-80℃烘箱中进行干燥10-24h；
(5)将步骤四中得到的固体复合物置于管式炉中，于惰性气氛或含碳气体中，在300-900℃下煅烧处理2-8h，即得。
所述无机铁盐为氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、醋酸亚铁和草酸铁中至少一种，无机铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜和草酸铜中至少一种。
所述无机金属盐的水溶液的摩尔浓度为0.5mol/L-2.0mol/L。
所述含碳原料为葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉和氧化石墨烯中至少一种；
所述含碳溶液质量-体积浓度为10-100mg/mL。
步骤(3)所述搅拌，为磁力搅拌、机械搅拌、超声振动或球磨。
所述无机铜盐，无机铁盐与含碳原料的质量比为20-80：20-80：100。
所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气，所述含碳气氛为CO、C2H2、C2H4或CH4。
所述CuFeC催化剂用于CO2的加氢反应。
本发明的优点：
本发明的合成过程中采用的含碳原料既作为碳源，又作为还原剂，油浴过程中金属源、含碳原料和溶液中OH-、O2发生反应，生成碳氧金属化合物。随后的煅烧处理，在一定含碳气氛或惰性气氛中，碳氧化合物进一步被还原碳化，得到CuFeC复合材料。
本发明的合成方法使用的无机铁盐、无机铜盐和含碳材料，绿色廉价，适用于大规模催化剂生产，并且合成过程简单易操作、重复性好，制备得到的CuFeC复合材料在CO2加氢反应中具有广阔的应用前景。
说明书附图：
图1为实施例1中制备的氧化石墨烯负载的CuO-Fe2O3复合材料的XRD图；
图2为实施例2中制备的Cu2(OH)2CO3-Fe2C复合材料的XRD图；
图3为实施例1中制备的样品在CO2加氢反应活性随时间变化曲线。
具体实施方式
实施例1
氧化石墨烯负载的CuO-Fe2O3合材料制备
一、将Fe(NO3)3溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到1.0mol/L的硝酸铁水溶液；
二、将Cu(NO3)2溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到1.0mol/L的硝酸铜水溶液；
二、将氧化石墨烯粉末超声分散在去离子水中，混合搅拌至均匀分散，得到50mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
三、将步骤一和步骤二中得到的硝酸铁和硝酸铜水溶液，与氧化石墨烯水溶液混合，同时进行搅拌，得到稳定均匀的混合液；
四、将步骤三中得到的混合液置于油浴锅中，在温度为130℃条件下反应10h，自然冷却至室温后，用去离子水和乙醇洗涤5次并抽滤，最后在80℃烘箱中进行干燥12h。
五、将步骤四中得到的固体复合物置于管式炉中，于氩气气氛中，于300℃煅烧处理2h，得到氧化石墨烯负载的CuO-Fe2O3复合催化剂。
实施例2：Cu2(OH)2CO3-Fe2C复合材料制备
一、将Fe2(C2O4)3·5H2O溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到0.5mol/L的草酸铁水溶液；
二、将Cu(CH3COO)2·H2O溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到0.7mol/L的醋酸铜水溶液；
二、将葡萄糖溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到80mg/mL的葡萄糖水溶液；
三、将步骤一和步骤二中得到的草酸铁和醋酸铜水溶液，与葡萄糖水溶液混合，同时进行搅拌，得到稳定均匀的混合液；
四、将步骤三中得到的混合液置于油浴锅中，在温度为100℃条件下反应8h，自然冷却至室温后，用去离子水洗涤3次并抽滤，最后在60℃烘箱中进行干燥12h。
五、将步骤四中得到的固体复合物置于管式炉中，于C2H2气氛中，于200℃煅烧处理3h，得到Cu2(OH)2CO3-Fe2C复合材料。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将无机铁盐、无机铜盐溶解在去离子水中，混合搅拌至完全溶解，得到无机金属盐的水溶液；
(2)将含碳原料分散在去离子水中，混合搅拌均匀，得到含碳溶液；
(3)将无机金属盐的水溶液和含碳溶液混合，同时进行搅拌，得到稳定均匀的水溶液；
(4)将上述稳定均匀的水溶液置于油浴锅中，在温度为80-180℃条件下反应5-15h，自然冷却至室温后，用去离子水洗涤，抽滤，最后在50-80℃烘箱中进行干燥10-24h；
(5)将步骤四中得到的固体复合物置于管式炉中，于惰性气氛或含碳气体中，在300-900℃下煅烧处理2-8h，即得。
2.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述无机铁盐为氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁、醋酸亚铁和草酸铁中至少一种，无机铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜和草酸铜中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述无机金属盐的水溶液的摩尔浓度为0.5mol/L-2.0mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述含碳原料为葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉和氧化石墨烯中至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述含碳溶液的质量-体积浓度为10-100mg/mL。
6.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述搅拌，为磁力搅拌、机械搅拌、超声振动或球磨。
7.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述无机铜盐，无机铁盐与含碳原料的质量比为20-80：20-80：100。
8.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气，所述含碳气氛为CO、C2H2、C2H4或CH4。
9.根据权利要求1所述的一种CuFeC催化剂的制备方法，其特征在于，所述CuFeC催化剂用于CO2的加氢反应。
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