一种层状多孔铜铝镁系催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及催化剂，尤其涉及二氧化碳加氢制备甲醇的工艺的催化剂开发领域，具体为一种层状多孔铜铝镁系催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、面对气候变化日益加剧，人们越来越重视节能减排，目前国家正在大力推进碳达峰及碳中和的进程。在这种背景下，二氧化碳捕集、利用与封存(ccus)技术成为了研究的热点之一。该技术旨在将捕获的二氧化碳转化为更有价值的物质或者产品，同时保持工业生产过程的碳中性。随着技术的进步即成本的降低，ccus前景光明。此外，甲醇是一种多功能化合物，可以用作燃料、化工原料和生物质燃料等多个领域。因此，二氧化碳加氢制甲醇技术的应用前景广阔，具有重要的意义和价值。

2、在此背景下，各国和企业纷纷加大对该技术的研究和开发力度，推动了二氧化碳加氢制甲醇技术的不断创新和发展。当前co2加氢制甲醇的催化剂以cu系催化剂为主。专利us 10961173b2公开了一种用于二氧化碳加氢转化的cu/zno/al2o3催化剂，但是该催化剂面临着不稳定等一系列问题；专利cn 1660490公开了一种合成甲醇催化剂的制备方法，催化剂由摩尔比6:3:1的cuo、zno、al2o3以及表面活性剂op组成，通过共沉淀法或分布沉淀法制备甲醇合成催化剂；专利cn1329938公开了一种合成甲醇催化剂的制备方法，该催化剂由cuo、zno、al2o3组成，其制备工艺过程为将催化剂母料制备分成两部分，一部分是用共沉淀法制成含铜、锌、铝化合物的共沉淀物，另一部分用共沉淀法制成含有铜、锌化合物的共沉淀物。虽然上述催化剂对co2的吸附性好，可促进co2加氢过程，但上述现有技术均未考虑al2o3和zno在反应过程中吸水问题，由于al2o3和zno在反应过程中吸水问题，这将大大影响催化剂的稳定性。

3、因此，开发一种对co2的吸附性好、催化性能好且稳定性好的co2加氢制甲醇用催化剂极具现实意义。

技术实现思路

1、由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种对co2的吸附性好、催化性能好且稳定性好的co2加氢制甲醇用催化剂，以克服现有co2加氢制甲醇用催化剂稳定性差的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种层状多孔铜铝镁系催化剂，包括催化二氧化碳加氢的活性组分和多孔层状金属载体，所述活性组分以颗粒形态嵌入多孔层状金属载体中；

4、所述活性组分为铜和/或铜化合物；

5、所述多孔层状金属载体为铝镁化合物。

6、本发明的层状多孔铜铝镁系催化剂，以铝镁化合物作为多孔层状金属载体，多孔和层状的结构形式，其比表面积大，对co2吸附能力强，同时通过负载在多孔层状金属载体中的活性组分为二氧化碳加氢过程提供催化作用，赋予了催化剂较高的co2转化率和甲醇选择性，同时镁的吸水能力强，解决了水对催化剂活性组分的影响即催化剂稳定性好，应用前景好。

7、作为优选的技术方案：

8、如上所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂，所述活性组分为铜和铜的氧化物中的一种或多种的组合物；

9、所述多孔层状金属载体为铝镁合金、镁铝双氢氧化合物、镁铝碳酸和镁铝碳酸氢盐中的一种或多种的组合物。

10、如上所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂，所述层状多孔铜铝镁系催化剂中cu、al、mg三者的摩尔比为1:2-10:10-20。

11、本发明还提供如上所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)配置金属盐混合溶液，所述金属盐混合溶液含有铜盐、铝盐和镁盐；

13、(2)配置模板剂溶液后，将金属盐混合溶液溶解于模板剂溶液制得催化剂混合溶液；

14、(3)催化剂混合溶液在密闭容器中进行晶化，冷却后去除上层清液，烘干、焙烧、还原，制得层状多孔铜铝镁系催化剂。

15、作为优选的技术方案：

16、如上所述的制备方法，所述金属盐混合溶液的所有金属盐浓度之和为1～10mol/l；

17、所述金属盐混合溶液为硝酸铜、硝酸铝和硝酸镁的混合溶液。

18、如上所述的制备方法，所述模板剂溶液的浓度为1～20g/l；

19、所述模板剂为p123。

20、如上所述的制备方法，所述将金属盐混合溶液溶解于模板剂溶液制得催化剂混合溶液的具体操作如下：

21、(2.1)将氢氧化钠和碳酸钠溶于水，配置碱溶液；

22、(2.2)加热模板剂溶液，在40～100℃下搅拌直至模板剂完全溶解；

23、(2.3)将金属盐混合溶液缓慢滴入搅拌状态下的模板剂溶液中，金属盐混合溶液添加完成后继续搅拌直至溶液颜色均匀；

24、(2.4)将碱溶液缓慢滴入步骤(2.3)所得的溶液中，调节溶液ph值在碱性范围，直至无明显水溶液存在。

25、如上所述的制备方法，所述晶化的温度为130～260℃。

26、如上所述的制备方法，步骤(3)中，所述焙烧是指在不同温度下焙烧1～6h，焙烧温度为200～800℃；

27、所述还原是指在不同温度下还原1～6h，还原剂为氢气，还原温度为200～800℃。

28、此外，本发明还提供了如上所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂在催化co2加氢制甲醇中的应用。

29、以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。

30、反应机理：

31、本发明的层状多孔铜铝镁系催化剂中，cu2+、al3+、mg2+相互取代形成新的层状化合物，进而改变层板的电荷密度及层板的化学性质，进而可根据成分比例控制进入层板阴离子(co32-,hco3-)的数量，而模板剂造孔和镁氧化物的添加可以增加二氧化碳的吸附容量，同时，mgo或mg(oh)2均有较强的与水结合的能力，解决了水对催化剂活性组分的影响，而铜的添加可以提高碳转化醇化能力，由于mg等碱金属和氢氧化物的存在，该催化剂具有较高的co2吸附能力，且多孔和层状设计使得催化剂具有较高的co2转化率和甲醇选择性。

32、上述发明具有如下优点或者有益效果：

33、(1)本发明的层状多孔铜铝镁系催化剂，以铝镁化合物作为多孔层状金属载体，多孔和层状的结构形式，其比表面积大，对co2吸附能力强，同时通过负载在多孔层状金属载体中的活性组分为二氧化碳加氢过程提供催化作用，赋予了催化剂较高的co2转化率和甲醇选择性，同时镁的吸水能力强，解决了水对催化剂活性组分的影响即催化剂稳定性好；

34、(2)本发明的层状多孔铜铝镁系催化剂的制备方法，工艺简单，条件温和，成本低廉，应用前景好。

技术特征：

1.一种层状多孔铜铝镁系催化剂，其特征在于：包括催化二氧化碳加氢的活性组分和多孔层状金属载体，所述活性组分以颗粒形态嵌入多孔层状金属载体中；

2.根据权利要求1所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂，其特征在于，所述活性组分为铜和铜的氧化物中的一种或多种的组合物；

3.根据权利要求1所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂，其特征在于，所述层状多孔铜铝镁系催化剂中cu、al、mg三者的摩尔比为1:2-10:10-20。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐混合溶液的所有金属盐浓度之和为1～10mol/l；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述模板剂溶液的浓度为1～20g/l；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述将金属盐混合溶液溶解于模板剂溶液制得催化剂混合溶液的具体操作如下：

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述晶化的温度为130～260℃。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述焙烧是指在不同温度下焙烧1～6h，焙烧温度为200～800℃；

10.如权利要求1～3任一项所述的一种层状多孔铜铝镁系催化剂在催化co2加氢制甲醇中的应用。

技术总结
本发明公开了一种层状多孔铜铝镁系催化剂及其制备方法和应用，层状多孔铜铝镁系催化剂包括催化二氧化碳加氢的活性组分和多孔层状金属载体，活性组分以颗粒形态嵌入多孔层状金属载体中；活性组分为铜和铜的氧化物中的一种或多种的组合物；多孔层状金属载体为铝镁合金、镁铝双氢氧化合物、镁铝碳酸和镁铝碳酸氢盐中的一种或多种的组合物。本发明以铝镁化合物作为多孔层状金属载体，多孔和层状的结构形式，其比表面积大，对CO<subgt;2</subgt;吸附能力强，同时通过负载在多孔层状金属载体中的活性组分为二氧化碳加氢过程提供催化作用，赋予了催化剂较高的CO<subgt;2</subgt;转化率和甲醇选择性，同时镁的吸水能力强，解决了水对催化剂活性组分的影响即催化剂稳定性好。

技术研发人员：张婉丽,徐尧,刘航,许艳涛
受保护的技术使用者：上海陕煤高新技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15