CN113649005B - 一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂及其制备方法与应用，属于碳捕集、利用与封存技术领域。本发明在常温、搅拌条件下，将镍盐溶解在去离子水中，配置镍盐水溶液；将磁性富铁组分加入镍盐溶液中微波或超声波增强搅拌浸渍，得到混合反应液；将所述混合反应液置于50‑80℃条件下反应2‑5h，使得镍离子进入磁性富铁组分中矿物的晶格中；加热产物，蒸发过量水，然后将样品压制成型；在空气气氛条件下煅烧成型后的样品，再采用还原性气体将煅烧后的样品还原，样品中的金属氧化物还原形成金属单质，制得磁性富铁组分负载镍的高效催化剂。本发明具有催化剂制备方法简单、廉价，催化剂抗烧结性能良好、CO2转化效率高、目标产物选择性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于碳捕集、利用与封存技术领域，具体涉及一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
气候变化是当前人类面临最重大的问题之一，目前大气中二氧化碳(CO2)的平均浓度逐年增加，造成的温室效应日益严重，全球气候变暖、海平面上升、气候灾害等问题也因此频频出现，促使人类逐渐意识到气候变化与自身生存紧密相关，并开始采取积极措施应对气候变化。2020年9月22日我国宣布“2030年碳达峰，2060年碳中和”的双碳目标。在此目标背景下，我国明确提出将做好“碳达峰”、“碳中和”工作确定为2021年八大重点任务之一。因此，二氧化碳减排对我国生态文明建设和高质量发展具有至关重要的意义。
CO2捕集、利用与封存(CCUS)是一种比较有前景的碳减排技术。其中，CO2催化加氢制取燃料是一种经济可行、可大规模实施的二氧化碳利用技术。该技术是CO2与可再生电力(太阳能、风能等)电解水产生的H2反应生成燃料，可将不稳定、间歇性、波动性的太阳能、风能等以燃料化学能的形式储存下来，既实现了CO2的减排，也实现了能源储存利用。该技术的关键在于高效的催化剂开发。然而，目前现有的CO2催化加氢催化剂还存在许多问题：催化剂价格昂贵、CO2转化效率低、目标产物选择性不高、催化剂高温烧结失活等。因此，为取得该项技术的突破，需要合成具备高活性、高选择性及稳定性的廉价催化剂材料。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂及其制备方法与应用。本发明解决了现有CO2催化加氢制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气、汽油、柴油、航空燃油等技术存在的CO2转化率低，目标产物选择性低、催化剂烧结失活等问题。
按照本发明的其中一个方面，本发明采用的技术方案如下：
一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)常温、搅拌条件下，将镍盐溶解在去离子水中，配置形成镍盐水溶液；
(2)采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，然后将所述磁性富铁组分加入步骤(1)获得的镍盐水溶液中搅拌浸渍，得到混合反应液；
(3)将步骤(2)获得的混合反应液置于50-80℃条件下反应2-5h，反应结束后，将所得产物中过量的水蒸发，形成含水率为5％-40％的样品；然后将所述样品压制成型，得到成型样品；
(4)在空气气氛条件下煅烧步骤(3)获得的成型样品，得到煅烧样品；然后采用还原性气体将所述煅烧样品还原，制得所述磁性富铁组分负载镍的高效催化剂。
优选地，步骤(1)中所述镍盐为硝酸镍、氯化镍、溴化镍、硫酸镍或含镍矿物等中的任一种。
优选地，步骤(1)中所述常温是指四季中自然室温条件，不进行额外的冷却或加热处理，一般常温控制在10～30℃。
优选地，步骤(2)中所述飞灰主要是廉价的燃煤飞灰、垃圾焚烧飞灰、固体废弃物综合利用产生的飞灰、生物质利用后产生的飞灰等中的任一种或多种。本发明从飞灰中磁选出来的磁性富铁组分主要包括Fe2O3，Fe3O4，MgFe2O4和硅酸盐等；所述磁性富铁组分中铁主要以磁性的Fe3O4和γ-Fe2O3的形式存在，铁含量为10％-80％，铁含量取决于不同飞灰种类。
优选地，步骤(2)中所述搅拌浸渍为微波或超声波增强搅拌浸渍，所述搅拌浸渍温度为30-50℃，搅拌浸渍时间为2-5h。
具体地，步骤(3)中所述反应为离子交换反应，是混合反应液中的金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应，使得镍离子进入磁性富铁组分的矿物晶格中。
优选地，步骤(3)中所述水蒸发采用的温度为80-100℃。
优选地，步骤(3)中所述成型样品的形状可以为蜂窝型、球形、圆柱形等中的任一种。
优选地，步骤(4)中所述成型样品的煅烧温度为300-600℃，煅烧时间为2-6h。
优选地，步骤(4)中所述还原性气体为氢气，或是由氢气和惰性气体组成的混合气体，其中：所述惰性气体可以是N2，Ar或者He中的任意一种；例如所述还原性气体可以是100％H2，10％H2+90％N2，20％H2+80％Ar或30％H2+70％He等。
优选地，步骤(4)中所述煅烧样品的还原温度为400-700℃，还原时间为1-5h，所述还原的目的在于使煅烧样品中的金属氧化物还原形成金属单质；其中：所述金属氧化物包括NiO，Fe3O4和Fe2O3；所述NiO来源于镍盐溶液的浸渍，然后通过煅烧产生；所述Fe3O4和Fe2O3来源于磁性富铁组分。
按照本发明的另一方面，提供了上述所述方法制备得到的磁性富铁组分负载镍的高效催化剂。
优选地，所述催化剂中Fe的含量为10％-80％，Ni的含量为2％-30％。
优选地，所述催化剂中Fe以纳米颗粒的形式存在，所述铁纳米颗粒的粒径范围为20-100nm。
按照本发明的再一方面，提供了上述所述方法制备得到的磁性富铁组分负载镍的高效催化剂用于CO2催化加氢还原制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气、汽油、柴油、航空燃油的催化剂中的应用。
优选地，所述CO2催化加氢还原制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气、汽油、柴油、航空燃油的温度为200-500℃。
本发明的原理如下：
本发明磁性富铁组分含有硅酸盐矿物，硅酸盐矿物中含有水合氢离子，在镍盐水溶液浸渍磁性富铁组分过程中，硅酸盐矿物中水合氢离子进入溶液中，Ni2+离子从溶液中进入硅酸盐矿物并占据水合氢离子的位置，就是所谓的“离子交换反应”。
本发明催化剂中的铁含量较高。此外，本发明制备的催化剂中镍主要以镍单原子的形式存在，具有较高的反应活性。因此，本发明催化剂优异的反应活性归因于廉价的含量较高的铁以及高效的镍单原子。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明提供一种用于CO2催化加氢的催化剂，可实现CO2催化加氢还原制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气等。该催化剂具有较高的CO2转化率、较高的产物选择性、抗烧结性能。该催化剂表面的活性组分为Ni和Fe，催化剂主要由磁性富铁组分还原产生的铁纳米颗粒(铁纳米颗粒的粒径范围为20-100nm)和矿物晶格中还原产生的镍单原子组成。镍、铁与其它金属元素相比具备优异的加氢活性，有利于H2在催化剂表面的吸附解离，产生二氧化碳催化加氢所需的氢原子，从而提高催化剂的CO2催化加氢活性。
(2)本发明制备得到的高效CO2催化加氢还原制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气等的催化剂中，Fe在催化剂中的含量为10％-80％，Ni的含量为2％-30％，所述CO2催化加氢的产物主要是CH4、CO和少量的C2H6、C3H8。本发明的催化剂在较宽的温度窗口(200-500℃)范围内，CO2催化加氢还原制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气等，CO2转化率随温度升高而不断增加；在500℃时，CO2转化率约40％，目标产物选择性相对较高。
(3)本发明采用磁性富铁组分作为催化剂的原料，富铁飞灰组分主要从燃煤飞灰、垃圾焚烧飞灰、固体废弃物综合利用产生的飞灰、生物质利用后产生的飞灰中磁选获得，可以促进燃煤电厂、垃圾焚烧厂中飞灰副产物的资源化利用，同时可以显著降低催化剂的生产成本。
(4)本发明的催化剂制备方法简单、廉价、催化剂抗烧结性能良好、CO2转化效率高、目标产物选择性能好。
附图说明
图1是应用实施例1-35中2％Ni/MFFAC、5％Ni/MFFAC、10％Ni/MFFAC、15％Ni/MFFAC、20％Ni/MFFAC催化剂分别在不同温度下的CO2催化加氢的转化率对比图；其中：所述MFFAC为磁性富铁飞灰组分Magnetic Fe-enriched Fly Ash Component的简写；
图2是应用实施例30-35中20％Ni/MFFAC催化剂在不同温度下的CO2催化加氢的产物选择性对比图；
图3是实施例1制备得到的2％Ni/MFFAC催化剂的Ni元素SEM-EDX表征分析结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明在常温、搅拌条件下，将镍盐溶解在去离子水中，配置镍盐水溶液；将磁性富铁组分加入上述镍盐溶液中微波或超声波增强搅拌浸渍，得到混合反应液；将所述混合反应液置于50-80℃条件下反应2-5h，金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应，使得镍离子进入磁性富铁组分中矿物的晶格中；加热离子交换反应后的产物，将过量的水进行蒸发，然后将样品压制成型；在空气气氛条件下煅烧成型后的样品，再采用还原性气体将煅烧后的样品进行还原，样品中的金属氧化物还原形成金属单质，制得磁性富铁组分负载镍的高效催化剂。本发明具有催化剂制备方法简单、廉价，催化剂抗烧结性能良好、CO2转化效率高、目标产物选择性好等优点。
下述实施例中所使用的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1
本实施例的一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂，其化学表达式为2％Ni/MFFAC，所述催化剂的制备方法具体包括如下步骤：
(1)向100mL烧杯中加入49.6mL去离子水，将烧杯置于10℃的搅拌器上进行搅拌；称量0.396g Ni(NO3)2·6H2O晶体，溶解于烧杯中，配置50.0g硝酸镍水溶液；
(2)采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，所述磁性富铁组分中铁含量为50％；称量3.92g磁性富铁组分，加入步骤(1)所述硝酸镍溶液中微波增强浸渍搅拌2h，浸渍温度为30℃，浸渍搅拌结束后，得到混合反应液；
(3)将搅拌器的温度升高到50℃，所述混合反应液中的金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应2h，使得镍离子进入磁性富铁组分的矿物晶格中；反应结束后，将搅拌器的温度升高到80℃，将获得的产物中过量的水进行蒸发，得到含水率为5％的样品，然后采用成型机将样品压制成蜂窝型，得到成型样品；
(4)在空气气氛条件下，将步骤(3)所述成型样品放在300℃的马弗炉中煅烧2h，煅烧结束后，得到煅烧样品；然后将煅烧样品放到400℃的管式炉中，利用还原性气体还原1h，所述还原性气体由10％H2与90％N2组成，所述还原性气体中氢气的浓度为10％；还原反应结束后，即制备得到镍质量分数为2％的所述磁性富铁组分负载镍的高效催化剂(2％Ni/MFFAC)。
图3是本实施例制备得到的2％Ni/MFFAC催化剂的Ni元素SEM-EDX表征分析结果图。由图3可以看出，该催化剂中铁纳米颗粒的粒径范围为20-100nm，并且Ni呈单原子分散状态。
实施例2
本实施例的一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂，其化学表达式为5％Ni/MFFAC，所述催化剂的制备方法具体包括如下步骤：
(1)向100mL烧杯中加入49mL去离子水，将烧杯置于15℃的搅拌器上进行搅拌；称量0.991g Ni(NO3)2·6H2O晶体，溶解于烧杯中，配置50.0g硝酸镍水溶液；
(2)采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，所述磁性富铁组分中铁含量为60％；称量3.8g磁性富铁组分，加入步骤(1)所述硝酸镍溶液中微波增强浸渍搅拌3h，浸渍温度为35℃，浸渍搅拌结束后，得到混合反应液；
(3)将搅拌器的温度升高到60℃，所述混合反应液中的金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应3h，使得镍离子进入磁性富铁组分的矿物晶格中；反应结束后，将搅拌器的温度升高到85℃，将获得的产物中过量的水进行蒸发，得到含水率为10％的样品，然后采用成型机将样品压制成蜂窝型，得到成型样品；
(4)在空气气氛条件下，将步骤(3)所述成型样品放在400℃的马弗炉中煅烧3h，煅烧结束后，得到煅烧样品；然后将煅烧样品放到500℃的管式炉中，利用还原性气体还原2h，所述还原性气体由20％H2与80％N2组成，所述还原性气体中氢气的浓度为20％；还原反应结束后，即制备得到镍质量分数为5％的所述磁性富铁组分负载镍的高效催化剂(5％Ni/MFFAC)。
实施例3
本实施例的一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂，其化学表达式为10％Ni/MFFAC，所述催化剂的制备方法具体包括如下步骤：
(1)向100mL烧杯中加入48mL去离子水，将烧杯置于20℃的搅拌器上进行搅拌；称量1.982g Ni(NO3)2·6H2O晶体，溶解于烧杯中，配置50.0g硝酸镍水溶液；
(2)采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，所述磁性富铁组分中铁含量为70％；称量3.6g磁性富铁组分，加入步骤(1)所述硝酸镍溶液中微波增强浸渍搅拌4h，浸渍温度为40℃，浸渍搅拌结束后，得到混合反应液；
(3)将搅拌器的温度升高到70℃，所述混合反应液中的金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应4h，使得镍离子进入磁性富铁组分的矿物晶格中；反应结束后，将搅拌器的温度升高到90℃，将获得的产物中过量的水进行蒸发，得到含水率为20％的样品，然后采用成型机将样品压制成蜂窝型，得到成型样品；
(4)在空气气氛条件下，将步骤(3)所述成型样品放在500℃的马弗炉中煅烧4h，煅烧结束后，得到煅烧样品；然后将煅烧样品放到600℃的管式炉中，利用还原性气体还原3h，所述还原性气体由40％H2与60％N2组成，所述还原性气体中氢气的浓度为40％；还原反应结束后，即制备得到镍质量分数为10％的所述磁性富铁组分负载镍的高效催化剂(10％Ni/MFFAC)。
实施例4
本实施例的一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂，其化学表达式为15％Ni/MFFAC，所述催化剂的制备方法具体包括如下步骤：
(1)向100mL烧杯中加入47mL去离子水，将烧杯置于25℃的搅拌器上进行搅拌；称量2.96g Ni(NO3)2·6H2O晶体，溶解于烧杯中，配置50.0g硝酸镍水溶液；
(2)采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，所述磁性富铁组分中铁含量为80％；称量3.4g磁性富铁组分，加入步骤(1)所述硝酸镍溶液中微波增强浸渍搅拌4.5h，浸渍温度为45℃，浸渍搅拌结束后，得到混合反应液；
(3)将搅拌器的温度升高到75℃，所述混合反应液中的金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应4.5h，使得镍离子进入磁性富铁组分的矿物晶格中；反应结束后，将搅拌器的温度升高到95℃，将获得的产物中过量的水进行蒸发，得到含水率为30％的样品，然后采用成型机将样品压制成蜂窝型，得到成型样品；
(4)在空气气氛条件下，将步骤(3)所述成型样品放在550℃的马弗炉中煅烧5h，煅烧结束后，得到煅烧样品；然后将煅烧样品放到650℃的管式炉中，利用还原性气体还原4h，所述还原性气体由60％H2与40％N2组成，所述还原性气体中氢气的浓度为60％；还原反应结束后，即制备得到镍质量分数为15％的所述磁性富铁组分负载镍的高效催化剂(15％Ni/MFFAC)。
实施例5
本实施例的一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂，其化学表达式为20％Ni/MFFAC，所述催化剂的制备方法具体包括如下步骤：
(1)向100mL烧杯中加入46mL去离子水，将烧杯置于30℃的搅拌器上进行搅拌；称量3.964g Ni(NO3)2·6H2O晶体，溶解于烧杯中，配置50.0g硝酸镍水溶液；
(2)采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，所述磁性富铁组分中铁含量为85％；称量3.2g磁性富铁组分，加入步骤(1)所述硝酸镍溶液中微波增强浸渍搅拌5h，浸渍温度为50℃，浸渍搅拌结束后，得到混合反应液；
(3)将搅拌器的温度升高到80℃，所述混合反应液中的金属镍离子与磁性富铁组分中的水合氢离子进行离子交换反应5h，使得镍离子进入磁性富铁组分的矿物晶格中；反应结束后，将搅拌器的温度升高到100℃，将获得的产物中过量的水进行蒸发，得到含水率为40％的样品，然后采用成型机将样品压制成蜂窝型，得到成型样品；
(4)在空气气氛条件下，将步骤(3)所述成型样品放在600℃的马弗炉中煅烧6h，煅烧结束后，得到煅烧样品；然后将煅烧样品放到700℃的管式炉中，利用还原性气体还原5h，所述还原性气体为H2，氢气浓度为100％；还原反应结束后，即制备得到镍质量分数为20％的所述磁性富铁组分负载镍的高效催化剂(20％Ni/MFFAC)。
本发明制备的催化剂的催化加氢性能在固定床反应器中进行测试。
下述各应用实施例和对比例中的CO2转化率、产物选择性采用下述方法计算得出：
CO2转化率＝(反应器进口处CO2浓度-反应器出口处CO2浓度)/反应器进口处CO2浓度*100％；
产物选择性＝反应器出口产物的浓度/(反应器进口处CO2浓度-反应器出口处CO2浓度)*100％。
应用实施例1
称取0.2g实施例1制备得到的2％Ni/MFFAC催化剂，与1.8g石英砂均匀混合，然后装填于反应器中，反应器中反应管的内径是1.5cm。CO2与H2首先进行混合，然后通入反应器中进行反应。反应气体中H2：CO2的摩尔比例为4：1，反应气体流量为100mL/min，催化反应温度为200℃，反应压力为0.1MPa。
应用实施例2-7
应用实施例2-7与应用实施例1基本相同，区别仅在于：应用实施例2-7的催化反应温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃。
应用实施例8
本应用实施例与应用实施例1基本相同，区别仅在于：本应用实施例采用的催化剂为实施例2制备得到的5％Ni/MFFAC催化剂。
应用实施例9-14
应用实施例9-14与应用实施例8基本相同，区别仅在于：应用实施例9-14的催化反应温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃。
应用实施例15
本应用实施例与应用实施例1基本相同，区别仅在于：本应用实施例采用的催化剂为实施例3制备得到的10％Ni/MFFAC催化剂。
应用实施例16-21
应用实施例16-21与应用实施例15基本相同，区别仅在于：应用实施例16-21的催化反应温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃。
应用实施例22
本应用实施例与应用实施例1基本相同，区别仅在于：本应用实施例采用的催化剂为实施例4制备得到的15％Ni/MFFAC催化剂。
应用实施例23-28
应用实施例23-28与应用实施例22基本相同，区别仅在于：应用实施例23-28的催化反应温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃。
应用实施例29
本应用实施例与应用实施例1基本相同，区别仅在于：本应用实施例采用的催化剂为实施例5制备得到的20％Ni/MFFAC催化剂。
应用实施例30-35
应用实施例30-35与应用实施例29基本相同，区别仅在于：应用实施例30-35的催化反应温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃。
对比例1
称取0.2g Mg/Fe2O3催化剂与1.8g石英砂均匀混合，然后装填于反应器中，所述反应器中反应管的内径是1.5cm。CO2与H2首先进行混合，然后通入反应器中进行反应。反应气体中H2：CO2的摩尔比例为4：1，反应气体流量为100mL/min，催化反应温度为400℃，反应压力为0.1MPa；其中：所述Mg/Fe2O3催化剂是参照如下文献制备得到的：Zeynep Baysal,SvenKureti.CO2 methanation on Mg-promoted Fe catalysts.Applied Catalysis B:Environmental 262(2020)118300.
对比例2
称取0.2g FexOyCz催化剂与1.8g石英砂均匀混合，然后装填于反应器中。CO2与H2首先进行混合，然后通入反应器中进行反应。反应气体中H2：CO2的摩尔比例为4：1，催化反应温度为300℃，反应压力为0.1MPa；其中：所述FexOyCz催化剂是参照如下文献制备得到的：Andrey S.Skrypnik,Qingxin Yang,Alexander A.Matvienko,et al.Understandingreaction-induced restructuring of well-defined FexOyCz compositions and itseffect on CO2 hydrogenation.Applied Catalysis B:Environmental 291(2021)120121.
对比例3
称取0.2g Fe2O3催化剂与1.8g石英砂均匀混合，然后装填于反应器中。CO2与H2首先进行混合，然后通入反应器中进行反应。反应气体中H2：CO2的摩尔比例为4：1，催化反应温度为350℃，反应压力为0.1MPa；其中：所述Fe2O3催化剂是参照如下文献制备得到的：JohannKirchner,Jasmin Katharina Anolleck,Henry
et al.Methanation of CO2 on ironbased catalysts.Applied Catalysis B:Environmental 223(2018)47-59.
表1是对应用实施例35和对比例1-3中各催化剂的催化加氢性能，包括CO2转化率、CH4选择性、CO选择性、C2+选择性的测试结果对比表。
表1
由表1和图1可以看出，由对比例1-3与应用实施例1-35的CO2催化加氢制取碳氢燃料、一氧化碳、天然气的催化剂效果可知，对比例1-3中不同催化剂Mg/Fe2O3、FexOyCz和Fe2O3的CO2转化率和CH4选择性低于本发明方法制备的20％Ni/MFFAC催化剂的CO2转化率和CH4选择性。同时，20％Ni/MFFAC催化剂生成其它副产物的选择性也较低。
由图1还可以看出，本发明催化剂在较宽的温度窗口(200～500℃)范围内，CO2转化率随着温度升高而增加，并没有出现下降的趋势，由此可见，本发明方法制备的Ni/MFFAC催化剂在较高温度条件下仍然保持相对较高的CO2转化率，表明催化剂具有较好的抗烧结性能。
由图2可以看出，本发明方法制备的Ni/MFFAC催化剂的CH4选择性随着反应温度升高而降低，CO选择性随着反应温度升高而升高。因此，本发明方法制备的Ni/MFFAC催化剂可以通过改变反应温度就可以调控产物的选择性，表明Ni/MFFAC催化剂具有较好的CO2催化加氢的产物调控特性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种磁性富铁组分负载镍的高效催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
（1）常温、搅拌条件下，将镍盐溶解在去离子水中，配制 形成镍盐水溶液；
（2）采用磁选方法，将磁性富铁组分从飞灰中分选出来，然后将所述磁性富铁组分加入步骤（1）获得的镍盐水溶液中微波或超声波增强搅拌浸渍，得到混合反应液；所述飞灰为燃煤飞灰；
（3）将步骤（2）获得的混合反应液置于50-80 ℃条件下反应2-5 h，反应结束后，将所得产物中过量的水蒸发，形成含水率为5%-40%的样品；然后将所述样品压制成型，得到成型样品；
（4）在空气气氛条件下煅烧步骤（3）获得的成型样品，得到煅烧样品；然后采用还原性气体将所述煅烧样品还原，制得磁性富铁组分负载镍的高效催化剂；
其中：所述催化剂中Fe的含量为10%-80%，Ni的含量为2%-30%；
所述催化剂中铁纳米颗粒的粒径范围为20-100 nm，并且Ni呈单原子分散状态。
2.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述镍盐为硝酸镍、氯化镍、溴化镍或硫酸镍中的任一种。
3.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述成型样品的形状为蜂窝型、球形、圆柱形中的任一种。
4.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述成型样品的煅烧温度为300-600 ℃，煅烧时间为2-6 h。
5.根据权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述煅烧样品的还原温度为400-700 ℃，还原时间为1-5 h。
6.权利要求1所述方法制备得到的磁性富铁组分负载镍的高效催化剂。
7.权利要求1-5任一项所述方法制备得到的催化剂或权利要求6所述催化剂在用于CO2催化加氢还原制取一氧化碳、天然气、汽油、柴油的催化剂中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述CO2催化加氢还原制取一氧化碳、天然气、汽油、柴油的温度为200-500 ℃。
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2021
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| "铁镍双金属催化剂用于二氧化碳加氢合成低碳烯烃的研究";刘歆颖等;《燃料化学学报》;19991031;第27卷;447-450 * |
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