CN116199250A - 一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用 - Google Patents

一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116199250A
CN116199250A CN202211717824.1A CN202211717824A CN116199250A CN 116199250 A CN116199250 A CN 116199250A CN 202211717824 A CN202211717824 A CN 202211717824A CN 116199250 A CN116199250 A CN 116199250A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
zinc
reaction
purity
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211717824.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116199250B (zh
Inventor
邱诗铭
黄智伟
王胜杰
黄莹莹
蔡敏
蒙建成
谭义秋
韦宗辰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi Normal University for Nationalities
Original Assignee
Guangxi Normal University for Nationalities
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi Normal University for Nationalities filed Critical Guangxi Normal University for Nationalities
Priority to CN202211717824.1A priority Critical patent/CN116199250B/zh
Publication of CN116199250A publication Critical patent/CN116199250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116199250B publication Critical patent/CN116199250B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00Compounds of zinc
    • C01G9/006Compounds containing, besides zinc, two ore more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/326Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents characterised by the catalyst
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076Copper or zinc-based catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217Alcohols
    • C01B2203/1223Methanol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用。本发明的制备方法如下:将碱式碳酸锌、氨水和沉淀剂按一定的比例混合配制得到锌氨络合液,在温度为80℃‑90℃,真空度为4kPa‑10kpa,通入空气流量为0.4L/min‑0.8L/min的条件下,加入铜源反应;为了维持反应溶液中铜与锌离子摩尔比0.6‑0.8:1不变,不断地向溶液中补充铜源;反应结束后经分离、洗涤除去残留的铜氨络合液;最后在85℃下干燥15h得到高纯绿铜锌矿。本发明所制备的绿铜锌矿纯度高、不含孔雀石,焙烧后形成的CuO/ZnO混合物,可应用于制备抗烧结铜基甲醇水蒸气重整制氢催化剂。

Description

一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于催化技术领域,涉及一种用于铜基催化材料的前躯体,具体涉及一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用。
背景技术
铜基催化剂具有制备方法简单、价格低廉、应用广泛等优点,广泛应用于CO2加氢合成甲醇、低温水汽变换、甲醇裂解制氢等催化反应过程。然而,催化稳定性差是铜基催化剂的致命问题,主要原因在于铜的Hüttig temperature低,热稳定性差,导致反应过程中活性组分Cu易发生烧结长大,从而造成铜的分散度下降,表面积降低。
制备抗烧结铜基催化剂的核心在于铜锌高分散的前躯体;研究表明(Eadi SunilBabu,B.Jansi Rani,G.Ravi,R.Yuvakkumar,Ramesh K.Guduru,S.Ravichandran,FaudAmeen,Sungjin Kim,Heung Woo Jeon,Vertically aligned Cu-ZnO nanorod arrays forwater splitting applications,Materials Letters,Volume 222,2018,Pages 58-61),以绿铜锌矿为前躯体制备的铜催化剂具有高活性和高稳定性;绿铜锌矿高温焙烧后有利于形成CuO-ZnO固溶体,还原后的Cu镶嵌在ZnO晶格中,可以很好地与ZnO发生协同作用,防止了Cu的流失和烧结,有效解决铜基催化剂稳定性差的问题。文献(T.P.Minyukova,A.A.Khassin,A.V.Khasin&T.M.Yurieva Kinetics and Catalysis volume 61,pages886–893(2020))通过合成低温合成甲醇发现铜含量强烈影响Cu/ZnO催化剂的催化活性,具有高分散度和足够酸位的Cu/ZnO催化剂在该反应中表现出良好的催化性能。可见,以绿铜锌矿为铜基催化剂的前躯体具有很大的应用潜力。
关于绿铜锌矿的制备有较多公开的报道,目前通常采用共沉淀反应获得绿铜锌矿,但是获得的绿铜锌矿产物中含有较多的孔雀石,导致(Cux/Zn1-xO)固溶体含量下降,即孔雀石的存在不利于铜基催化剂的稳定性。为了提高绿铜锌矿的含量,研究者研究了不同的反应温度和反应时间,但是效果不理想,反应过程中依然会产生孔雀石,导致产物中的孔雀石数量依然较高。
发明内容
针对上述现有技术中的不足,本发明提供了一种工艺简单的高纯绿铜锌矿的制备方法,能够解决现有制备绿铜锌矿工艺存在孔雀石的问题。本发明通过控制沉淀过程中的铜与锌摩尔比以及反应条件,能避免孔雀石的生成,获得高纯的绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2;另外,本发明的绿铜锌矿的铜锌分散度高,适用于制备铜基催化剂,尤其是适用于制备抗烧结铜基甲醇水蒸气重整制氢催化剂。
为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法,包括如下步骤:
(1)将碱式碳酸锌:浓氨水:沉淀剂按照质量百分比为25%-30%:35%-40%:30%-40%混合后加入蒸馏水,配制得到锌氨络合液;所述沉淀剂选自碳酸铵、碳酸氢铵和碳酰胺中的一种或任意组合,加入沉淀剂的目的是为促进碱式碳酸锌溶解在氨水中,为沉淀反应提供碳酸根离子;
(2)在锌氨络合液中加入铜源进行反应,为了维持反应溶液中铜离子与锌离子的摩尔比为0.6-0.8:1,不断地向反应溶液中补充铜源,所述铜源选自碱式碳酸铜和氢氧化铜中的一种或任意组合,上述铜盐均可溶于氨水形成铜氨络合物;反应结束后,分离并洗涤沉淀物,最后干燥得到高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2
进一步的,步骤(1)中,配制得到的所述锌氨络合液的CZn=1.5mol/L-2.5mol/L。
进一步的,步骤(1)中,所述浓氨水的质量浓度为25%~28%。
进一步的,步骤(2)中,在一定温度、真空度与通入气体的条件下,在锌氨络合液中加入铜源进行反应;所述的温度、真空度与通入气体的条件,是指反应温度为80℃-90℃,真空度为4kPa-10kpa,通入的气体为空气,气体流量为0.4L/min-0.8L/min。上述反应条件设置能够调节反应过程中溶液蒸发速率的快慢,达到控制沉淀反应速率的效果。
进一步的,步骤(2)中,所述干燥是将洗涤后的沉淀物转移至烘箱,在85℃下干燥15h。
进一步的,步骤(2)中,具体的,首先按锌氨络合液中锌离子与铜离子摩尔比为2-3:1加入铜源进行反应,为了维持反应溶液中铜离子与锌离子摩尔比0.6-0.8:1不变,期间每间隔5min-20min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),计算当前溶液中铜离子与锌离子的摩尔比,再补充铜源维持溶液中铜与锌摩尔之比为0.6-0.8:1不变,以避免孔雀石的生成。
本发明还提供所述制备方法制得的高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2在制备铜基催化材料的应用;所述高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2特别适用于制备抗烧结铜基甲醇水蒸气重整制氢催化剂。
上述应用,具体的:将所述高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2于350℃空气氛围下焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,可用于制备铜基催化剂;将所述CuO/ZnO的混合物与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,可制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂,该催化剂在甲醇水蒸汽催化重整制氢反应中表现出了较好的活性与抗烧结稳定性。
本发明具有如下有益效果:
(1)本发明通过控制反应溶液中的铜与锌摩尔比以及控制反应过程中的温度、真空度、通气等条件来获得高纯的绿铜锌矿,避免了孔雀石生成,解决了现有技术制备绿铜锌矿生成孔雀石的缺点,获得了高纯的绿铜锌矿。
(2)本发明制得的绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2焙烧后获得的CuO/ZnO混合物可应用于制备催化剂,制备的催化剂在还原后具有Cu比表面积高,分散度高的优点,对甲醇水蒸汽催化重整制氢反应的活性和稳定性较高。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的绿铜锌矿的XRD衍射图,图中的□为绿铜锌矿。
图2为本发明具体实施例制备的绿铜锌矿的XRD衍射图,图中的□为绿铜锌矿,○为孔雀石;由图可见,实施例1-6制备的绿铜锌矿物相中不含孔雀石的衍射特征,而对比例1-2中含有明显的孔雀石衍射特征。
图3为本发明的实施例1、对比例1、对比例2的产物成分对比图;
图4为本发明的实施例6、对比例3的产物成分对比图;
图5为本发明的绿铜锌矿的SEM扫描结果,图中的A为取样晶体的形貌;图中的B为铜锌元素分布;图中的C为铜元素分布;图中的D为锌元素分布。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.4L/min的空气,控制反应器内真空度为4kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.7:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,然后于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征,如图1所示,本实施例合成的绿铜锌矿XRD衍射曲线不含孔雀石的衍射特征。
将实施例1制得的绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-1。
对比例1
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.4L/min的空气,控制反应器内真空度为4kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.5:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将对比例1制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-a。
对比例2
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.4L/min的空气,控制反应器内真空度为4kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.9:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将对比例2制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-b。
如图2、图3和表1所示,当沉淀过程中的铜与锌摩尔在0.6-0.8:1范围内,实施例1所制备的绿铜锌矿中没有孔雀石,且焙烧后制成的催化剂,在还原后的铜比表面积与铜分散度均高于对比例1和对比例2制备的催化剂,甲醇水蒸汽催化重整制氢反应的活性与稳定性也优于对比例1和对比例2制备的催化剂。为了进一步体现控制沉淀过程中的铜与锌摩尔比在0.6-0.8:1范围内能得到高纯绿铜锌矿,具体见实施例2与实施例3。
实施例2
称取碱式碳酸锌57.0g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵79.8g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.4L/min的空气,控制反应器内真空度为4kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜18.4g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.65:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将实施例2制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-2。
实施例3
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水79.8g、碳酸铵79.8g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.4L/min的空气,控制反应器内真空度为4kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.75:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将实施例3制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-3。
如图2和表1所示,当控制沉淀过程中的铜与锌摩尔比在0.6-0.8:1范围内,实施例2与实施例3均获得了不含孔雀石的绿铜锌矿,且焙烧后制成的催化剂在还原后,铜比表面积与铜分散度与实施例1相当,甲醇水蒸汽催化重整制氢反应的活性与稳定性能相似。
实施例4
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.4L/min的空气,控制反应器内真空度为4kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入氢氧化铜19.5g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充氢氧化铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.75:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将实施例4制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-4。
如图2和表1所示,实施例4将铜源更换为氢氧化铜后,控制沉淀过程中的铜与锌摩尔比在0.6-0.8:1范围内仍然可获得不含孔雀石的绿铜锌矿,且焙烧后制成的催化剂与实施例1-3的性能相当;为了体现真空度与通入空气的条件有利于提高沉淀反应的速率,缩短沉淀反应的时间,具体见实施例5和实施例6,并给出了没有真空度与通入空气条件制备绿铜锌矿,具体见对比例3。
实施例5
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.6L/min的空气,控制反应器内真空度为6kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.7:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将实施例5制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-5。
实施例6
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃,并通入气体流量为0.6L/min的空气,控制反应器内真空度为8kpa。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.7:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将实施例6制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-6。
对比例3
称取碱式碳酸锌68.4g、质量浓度为28%的浓氨水91.2g、碳酸铵68.4g与适量蒸馏水,搅拌溶解配制CZn=2.0mol/L的锌氨络合液加入到反应器中,搅拌下水浴升温至85℃。首先按锌氨络合液中锌与铜摩尔比为2:1加入碱式碳酸铜22.1g进行反应,期间每间隔5min取样分析溶液中铜与锌的量浓度(mol/L),补充碱式碳酸铜确保溶液中的铜与锌摩尔之比为0.7:1进行沉淀反应,锌离子沉淀结束后,将沉淀物抽滤,水洗脱除残留的铜氨络合液,于85℃下干燥15h得到的产物即绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2,对其进行XRD衍射表征。
将对比例3制得的绿铜锌矿于350℃焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得用于甲醇水蒸汽催化重整制氢的催化剂Cat-c。
如图2、图4和表1所示,在控制沉淀过程中的铜与锌摩尔比在0.6-0.8:1范围内,增大真空度与通入空气流量可以缩短反应时间,提高沉淀速率,且仍然可以获得不含孔雀石的绿铜锌矿,焙烧后制成的催化剂与实施例1-4的性能相当;而没有真空度与通入空气条件的对比例3,反应时间延长很多,虽然获得了不含孔雀石的绿铜锌矿,但焙烧后制成的催化剂的性能低于实施例1-6。
Cu分散度与Cu比表面测试:将催化剂破碎研磨后,取30mg装填在U型管中,在动态化学吸附仪上进行H2-TPR、N2O-TPR测试计算;数据处理结果见表1所示。
甲醇水蒸气催化重整制氢性能测试,是在微型固定床反应器上进行催化剂的活性评价:催化剂的粒度为20~40目,装填量2.0g;催化剂使用前于反应器中用含5%H2的H2/N2混合气进行原位还原,还原终温为230℃;压力为0.1Mpa,质量空速为2.7h-1,H2O/CH3OH(CH3OH:50wt%)原料反应液,评价温度为230℃,反应稳定12h后测定结果为初试性能;然后升温至305℃下耐热8h,再恢复至上述初试活性评价条件,稳定10h后的测定结果称为耐热后性能,产物用气液相色谱分析;评价结果见表1所示。
表1以绿铜锌矿焙烧成CuO/ZnO混合物后制备的催化剂的性能测试结果。
Figure BDA0004026960690000081
如图5所示,为本发明制备的绿铜锌矿的扫描电子显微镜图及其扫描元素分布成像图,可见本发明制备的绿铜锌矿中铜与锌高度分散且均匀。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限制本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将碱式碳酸锌:浓氨水:沉淀剂按照质量百分比为25%-30%:35%-40%:30%-40%混合后加入蒸馏水,配制得到锌氨络合液;所述沉淀剂选自碳酸铵、碳酸氢铵和碳酰胺中的一种或任意组合;
(2)在锌氨络合液中加入铜源进行反应,为了维持反应溶液中铜与锌的摩尔比为0.6-0.8:1,不断地向反应溶液中补充铜源,所述铜源选自碱式碳酸铜和氢氧化铜中的一种或任意组合;反应结束后,分离并洗涤沉淀物,最后干燥得到高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2
2.根据权利要求1所述的一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,配制得到的所述锌氨络合液的CZn=1.5mol/L-2.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述浓氨水的质量浓度为25%~28%。
4.根据权利要求1所述的一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,在一定温度、真空度与通入气体的条件下,在锌氨络合液中加入铜源进行反应;所述的温度、真空度与通入气体的条件,是指反应温度为80℃-90℃,真空度为4kPa-10kpa,通入的气体为空气,气体流量为0.4L/min-0.8L/min。
5.根据权利要求1所述的一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述干燥是将洗涤后的沉淀物转移至烘箱,在85℃下干燥15h。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2在制备铜基催化材料的应用。
7.如权利要求6所述的应用,其特征在于:所述铜基催化材料为抗烧结铜基甲醇水蒸气重整制氢催化剂。
8.如权利要求7所述的应用,其特征在于,所述抗烧结铜基甲醇水蒸气重整制氢催化剂的制备方法包括如下步骤:将所述高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2于350℃空气氛围下焙烧3h后得到CuO/ZnO的混合物,将所述CuO/ZnO的混合物与3wt%的石墨充分混合,再使用Φ4mm的模具在16MPa的压强下压片,制得抗烧结铜基甲醇水蒸气重整制氢催化剂。
CN202211717824.1A 2022-12-29 2022-12-29 一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用 Active CN116199250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211717824.1A CN116199250B (zh) 2022-12-29 2022-12-29 一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211717824.1A CN116199250B (zh) 2022-12-29 2022-12-29 一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116199250A true CN116199250A (zh) 2023-06-02
CN116199250B CN116199250B (zh) 2024-07-05

Family

ID=86512095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211717824.1A Active CN116199250B (zh) 2022-12-29 2022-12-29 一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116199250B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE728126A (zh) * 1968-02-08 1969-08-07
DE19739773A1 (de) * 1997-09-10 1999-03-11 Basf Ag Verfahren und Katalysator zur Dampfreformierung von Methanol
CN108435182A (zh) * 2017-08-16 2018-08-24 西安向阳航天材料股份有限公司 一种铜系低温变换催化剂的制备方法
CN108568300A (zh) * 2017-03-08 2018-09-25 中国石油化工股份有限公司 一种铜锌铝催化剂及其制备方法
CN108786823A (zh) * 2018-04-25 2018-11-13 广西民族师范学院 一种条形甲醇重整制氢催化剂的制备及应用
CN109621967A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 西安向阳航天材料股份有限公司 一种铜系低温变换催化剂的制备方法
GB202015634D0 (en) * 2020-10-02 2020-11-18 Johnson Matthey Plc Method for making copper-containing catalysts
GB202015635D0 (en) * 2020-10-02 2020-11-18 Johnson Matthey Plc Method for making copper-containing catalysts
CN115414934A (zh) * 2022-07-21 2022-12-02 朱义峰 固体铜基催化剂、制备方法及其用途、储存和释放氢气的储氢体系、储存和释放氢气的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE728126A (zh) * 1968-02-08 1969-08-07
DE19739773A1 (de) * 1997-09-10 1999-03-11 Basf Ag Verfahren und Katalysator zur Dampfreformierung von Methanol
CN108568300A (zh) * 2017-03-08 2018-09-25 中国石油化工股份有限公司 一种铜锌铝催化剂及其制备方法
CN108435182A (zh) * 2017-08-16 2018-08-24 西安向阳航天材料股份有限公司 一种铜系低温变换催化剂的制备方法
CN108786823A (zh) * 2018-04-25 2018-11-13 广西民族师范学院 一种条形甲醇重整制氢催化剂的制备及应用
CN109621967A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 西安向阳航天材料股份有限公司 一种铜系低温变换催化剂的制备方法
GB202015634D0 (en) * 2020-10-02 2020-11-18 Johnson Matthey Plc Method for making copper-containing catalysts
GB202015635D0 (en) * 2020-10-02 2020-11-18 Johnson Matthey Plc Method for making copper-containing catalysts
CN115414934A (zh) * 2022-07-21 2022-12-02 朱义峰 固体铜基催化剂、制备方法及其用途、储存和释放氢气的储氢体系、储存和释放氢气的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FREI ELIAS 等: "The Influence of the Precipitation/Ageing Temperature on a Cu/ZnO/ZrO2 Catalyst for Methanol Synthesis from H2 and CO2", 《CHEMCATCHEM》, vol. 6, no. 6, 1 June 2014 (2014-06-01), pages 1721 - 1730, XP072439282, DOI: 10.1002/cctc.201300665 *
杨浩: "绿铜锌矿和锌孔雀石的合成与过程研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 4, 15 April 2016 (2016-04-15), pages 016 - 336 *
邱诗铭 等: "蒸氨法制备绿铜锌矿晶体的工艺研究", 《人工晶体学报》, vol. 53, no. 4, 15 January 2024 (2024-01-15), pages 701 - 706 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116199250B (zh) 2024-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109746022B (zh) 一种用于二氧化碳还原的高分散铜锌催化剂的制备方法及其使用方法
EP3116826B1 (de) Yttriumhaltiger katalysator zur hochtemperatur kohlendioxidhydrierung, und/oder reformierung sowie ein verfahren zur hochtemperatur kohlendioxidhydrierung und/oder reformierung
KR20100082609A (ko) 금속 화합물 미세 분말의 제조방법
US11534739B2 (en) Lignite char supported nano-cobalt composite catalyst and preparation method thereof
CN107199038B (zh) 一种复合光催化剂及其制备方法
CN113813964B (zh) 一种甲烷干重整制备合成气用单原子催化剂及其制备方法和应用
CN113292411A (zh) 一种钙钛矿催化剂在催化二氧化碳加氢制甲酸中的应用及制备方法
CN115404510B (zh) 一种催化剂及其制备方法和应用
Giroire et al. Tuning surface grafting density of CeO 2 nanocrystals with near-and supercritical solvent characteristics
DE3516928A1 (de) Verfahren zur synthese eines gemisches von primaeren alkoholen aus synthesegas in gegenwart eines kupfer, kobalt, zink und aluminium enthaltenden katalysators sowie katalysator dafuer
CN113814408B (zh) 一种CuPd合金纳米晶的制备及其组分调控方法
CN108786823B (zh) 一种条形甲醇重整制氢催化剂的制备及应用
CN116199250B (zh) 一种高纯绿铜锌矿Cu2Zn3(OH)6(CO3)2的制备方法及其应用
CN110433813B (zh) 一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂及其制备方法与应用
CN110860295B (zh) 一种Fe2O3/Sr2FeTaO6-x光催化剂及其制备方法和应用
Sanches et al. Influence of aging time on the microstructural characteristics of a Cu/ZnO-based catalyst prepared by homogeneous precipitation for use in methanol steam reforming
CN115155602B (zh) 一种金属氧化物-铜复合催化剂及其制备方法和应用
CN115318296B (zh) 一种高分散薄膜状碳包镍催化剂及其制备方法和应用
CN111686741B (zh) 铜锌催化剂的制备方法
KR101793030B1 (ko) 수열합성법을 이용한 금속 합금 폼 표면의 금속산화물 촉매 형상 제어 방법
KR100683920B1 (ko) 연료전지용 촉매의 제조방법
KR102233613B1 (ko) 중온용 수성가스 전환 반응 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 수소 제조방법
CN114917915B (zh) 一种碱土金属掺杂的氧化镧负载镍基催化剂及其制备与应用
JP4103069B2 (ja) ジメチルエーテル合成触媒の製造方法及びジメチルエーテル合成触媒
CN116920846A (zh) 一种铜钴镁多金属催化剂及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant