本发明属于催化剂,具体涉及一种负载型碳化钼催化剂及其制备方法和应用。
背景技术:
1、碳基材料的大量使用可快速给人类带来大量能源,但co2也随之产生,大气中co2浓度的不断增加将会导致全球气温升高、极端天气及生态系统破坏等环境问题频发,但目前可再生能源如风能、太阳能等仍难以全面替代化石燃料。为减少co2含量,部分研究者提出将co2捕集封存起来,但同时co2又作为廉价的碳源存在,将其转化为其余化学产品,如co、ch4、醇或烃类物质等是实现资源化利用的有效方式。相比较来说,co作为co2催化加氢产物在工业生产中有相对良好的应用价值,可再次经过费托合成生成醇或烃类物质加以利用。co2中c=o键能较高,难以活化,且在催化还原中产物选择性难以控制,实现目标产物的高选择性及转化率的关键问题便在于寻找到合适的催化剂。
2、贵金属催化剂如典型的pt基催化剂具有良好的h2解离能力,催化活性高,但成本问题使得该催化剂在应用中存在一定局限性;碳化钼催化剂因本身独特的电子结构,具有类贵金属性质,在co2催化还原中保持较高的co选择性,但在参与逆水煤气变换反应的过程中,由于碳化钼解离氢能力相对较弱,导致表面羟基易残留在催化剂表面,进而引起失活。
3、为使碳化钼催化剂活性及稳定性更好,一方面会添加一定量金属,但金属与碳化钼过多接触会破坏碳化钼表面结构,进而抑制反应进行;另一方面是向催化剂中引入载体形成负载型碳化钼催化剂,使活性位点充分暴露,常见载体为al2o3、sio2、ceo2等。
4、中国专利cn116571260a公布了一种以al2o3为载体,以碳化钼为活性组分的催化剂,在3.0mpa条件下实现了目标产物醇的高选择。除此常见金属氧化物外,中国专利cn116219487a公布了一种含钌单原子的碳负载的碳化钼催化剂,实现了金属钌的高度分散,催化效果良好,其制备催化剂时需要导向剂的参与,存在制备过程复杂等缺点,且钌存在仍没有避免贵金属的使用。中国专利cn117884151a公布了一种以碳纳米管为载体,以碳化钼为活性组分的催化剂,利用氧化剂(浓硝酸或浓硫酸)对载体进行改性后负载碳化钼,并成功的将碳化钼封装在碳纳米管中,在400℃反应时co选择性达到90%以上,但较长时间反应后催化剂出现略微失活。
5、因此,要同时实现提高碳化钼的催化稳定性和活性,以及降低成本,一方面需要引入廉价的过渡金属,以提供解离的氢原子,另一方面要减少过渡金属与碳化钼的接触。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种负载型碳化钼催化剂及其制备方法和应用,以克服碳化钼催化剂本身稳定性能差,反应时表面羟基易残留等问题,同时避免贵金属的使用,实现该催化剂高稳定性及高co选择性的特点。
2、本发明是通过以下技术方案来实现:
3、一种负载型碳化钼催化剂,包括载体以及活性组分;
4、所述载体为my分子筛,所述活性组分为碳化钼;
5、m为co、ni、cu中的一种或两种。
6、进一步,m的含量为(1-5)wt%;碳化钼含量为(2-20)wt%。
7、本发明还公开了一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,包括以下过程:
8、s1、将载体y分子筛加入到金属盐溶液中,充分混合,得到悬浊液;
9、将悬浊液进行离子交换、过滤、洗涤并干燥,得到my分子筛;
10、将钼源溶于溶剂,得到钼源溶液;
11、s2、将所述钼源溶液与my分子筛混合、干燥、煅烧,在还原性混合气体氛围下经碳化后得到负载型碳化钼催化剂。
12、进一步,s1中,所述金属盐溶液中的金属元素为co、ni、cu的一种或两种;
13、钼源为氧化钼、钼酸铵或乙酰丙酮钼;
14、溶剂为水或乙醇;
15、y分子筛为hy分子筛或nay分子筛。
16、进一步,s1中,金属盐溶液浓度为0.01-0.05mol/l。
17、进一步,s1中,离子交换水浴温度为50-90℃,时间为2-6h;
18、采用去离子水或无水乙醇洗涤数次,干燥温度为50-100℃,干燥时间为4-12h。
19、进一步,s2中,所述混合具体为:在磁力搅拌下搅拌混合,混合温度为60-80℃;
20、所述干燥具体为:在50-80℃干燥6-12h;
21、煅烧温度为400-600℃,时间为2-5h。
22、进一步,s2中,碳化过程采用的还原性混合气体为c2h6/h2、ch4/h2、co/h2中的一种;
23、升温速率为2-5℃/min,碳化温度为600-800℃,保温时间为2-6h,得到负载型碳化钼催化剂。
24、进一步,所述煅烧过程为500℃下煅烧2-5h;所述碳化过程以2-5℃/min由室温升至680℃,并保温2-6h。
25、本发明还公开了所述的负载型碳化钼催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。
26、与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
27、本发明公开了一种负载型碳化钼催化剂,以my分子筛为载体,以碳化钼为活性组分,构建了分子筛负载的碳化钼催化剂。一方面,y分子筛水热稳定性良好,具有典型的微孔结构,比表面积较大,可较好的分散活性物质,进而使得更多的活性组分暴露在表面并参与到反应中,同时获得了较小、较为分散的金属颗粒,可有效避免金属颗粒与碳化钼接触;另一方面,金属m有利于h2活化,提高h2解离能力,有助于去除碳化钼在反应过程中表面残留的羟基。二者协同作用使本发明提供的催化剂在逆水煤气变换反应中有较高co选择性及稳定性。
28、本发明所制备的负载型碳化钼催化剂,发挥了碳化钼与金属之间协同作用进一步促进催化活性、稳定性的提升,在逆水煤气变换反应的应用中一定程度上降低了反应温度,减少反应过程能耗损失,且避免了贵金属的使用,降低工业利用成本,催化剂中活性组分稳定性高,不易失活,且制备方式简单、成本低。
29、本发明还公开了负载型碳化钼催化剂的制备方法,该制备方法首先利用离子交换法将金属m负载至载体中,后续又引入活性组分碳化钼,催化剂制备过程简便、原料易得,可有效避免了金属与碳化钼的接触,同时提高了金属的分散性,进一步促进催化活性的提升。
1.一种负载型碳化钼催化剂,其特征在于,包括载体以及活性组分;
2.根据权利要求1所述的一种负载型碳化钼催化剂,其特征在于,m的含量为(1-5)wt%;碳化钼含量为(2-20)wt%。
3.权利要求1或2所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下过程:
4.根据权利要求3所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,s1中,所述金属盐溶液中的金属元素为co、ni、cu的一种或两种;
5.根据权利要求3所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,s1中,金属盐溶液浓度为0.01-0.05mol/l。
6.根据权利要求3所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,s1中,离子交换水浴温度为50-90℃,时间为2-6h;
7.根据权利要求3所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,s2中,所述混合具体为:在磁力搅拌下搅拌混合,混合温度为60-80℃;
8.根据权利要求3所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,s2中,碳化过程采用的还原性混合气体为c2h6/h2、ch4/h2、co/h2中的一种;
9.根据权利要求3所述的一种负载型碳化钼催化剂的制备方法,其特征在于,所述煅烧过程为500℃下煅烧2-5h;所述碳化过程以2-5℃/min由室温升至680℃,并保温2-6h。
10.权利要求1或2所述的负载型碳化钼催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。