一种复合相碳化钼催化剂及其制备方法和应用

本发明属于催化剂，具体涉及一种复合相碳化钼催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、化石燃料的大量消耗带来了大量二氧化碳(co2)的排放，从而诱发了严重的温室效应，因此，co2捕集、封存和利用(ccu)作为控制温室效应的潜在途径受到了广泛关注。迄今为止，将co2催化还原为增值产品被普遍认为是降低大气中co2浓度的一种令人信服的解决方案，从而缓解全球变暖并为能源危机提供可持续的解决方案。逆水煤气变换反应(rwgs)是研究最多的co2利用工艺之一，用于生产一氧化碳(co)，除了是传统石化原料的潜在可持续替代品之外，它还是精细化工行业最相关和最通用的c1结构单元之一。它是工业过程的关键组成部分，例如用于烃和醇的费托合成，用于大规模生产乙酸的甲醇羰基化，生产聚合物，以及合成精细化学品(例如，烯烃和炔烃羰基化、烯烃加氢、羰基化交叉偶联和c-h键羰基化，仅举几例)。

2、在逆水煤气变换反应中，催化剂的性能起着关键作用。传统的逆水煤气变换催化剂，已知铜、铂和其他贵金属基催化剂可有效促进rwgs。铜催化剂的高co选择性，沿着非关键元素的较便宜的成本，使它们成为该方法的有价值的候选物。虽然在一定条件下具有一定的活性，但往往存在着活性较低、选择性不理想、稳定性差等问题。

3、过渡金属碳化物(tmc)是一类特殊的丰富且相对便宜的材料，物理性能，如极高的硬度，简单的晶体结构、导电性和导热性以及良好的化学和热稳定性，并且在许多催化反应中表现出了优异的活性和选择性，但是纯相的碳化钼也存在不足之处，β-mo2c表面对h2具有很强的吸附和解离能力，但是其对co的选择性不高，目前α-moc和β-mo2c复合相碳化钼催化剂制备主要通过高温煅烧法使α-mo2c相部分转化成α-moc相或α-moc相部分转化为α-mo2c相，从而获得复合相碳化钼。该路径制备成本高，复合相比例难以精准控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合相碳化钼催化剂及其制备方法和应用，解决了现有合相碳化钼催化剂制备成本高，复合相比例难以精准控制的问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、称取钼盐溶解于去离子水，得到钼溶液；

5、s2、将mo2n加入钼溶液中，得到悬浊液；

6、s3、将悬浊液在水浴中加热搅拌至凝胶状态，50-120℃干燥，制得前驱体；

7、s4、将前驱体在还原气氛下进行碳化，制得含有α-moc和β-mo2c的复合相碳化钼材料；

8、所述碳化的条件为：在1-5h升温至500-680℃，碳化时间2-10h。

9、进一步，s1中，所述钼盐为钼酸铵、钼酸、氧化钼和五氯化钼中的一种或多种。

10、进一步，s3中，水浴温度为40-90℃。

11、进一步，s4中，所述碳化采用的碳源为ch4、尿素、蔗糖、葡萄糖或苯胺。

12、进一步，s2中，所述mo2n的制备过程为：

13、使用模板法将钼酸铵制备moo3；将moo3在流动氮源中进行氮化，得到mo2n。

14、进一步，所述氮化的条件为：在1-3h升温至500-700℃，保温1-3h。

15、进一步，氮源为氨气或氮化碳。

16、本发明公开了上述制备方法制备出的复合相碳化钼催化剂，所述复合相碳化钼催化剂含有α-moc和β-mo2c，α-moc和β-mo2c的比例通过钼盐和mo2n的质量比调控。

17、本发明公开了所述的复合相碳化钼催化剂作为逆水煤气变换催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本发明公开了一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，通过浸渍法在mo2n上负载钼盐，再经干燥、碳化制备出复合相碳化钼催化剂，该制备方法首次报道，具有步骤简单、原料易得、操作安全等优点。现有的复合相碳化钼通过高温(≥800℃)碳化mo2n得到，且复合相比例不可控，而本发明是先制备得到am/mo2n前驱体，mo2n在还原气氛中碳化得到α-moc，钼溶液提供的钼盐碳化得到β-mo2c。因此通过钼盐溶液负载至mo2n，得到前驱体，在500-680℃碳化得到比例可控的复合相碳化钼催化剂。

20、本发明还公开了一种复合相碳化钼催化剂，该复合相碳化钼催化剂含有α-moc和β-mo2c，根据钼盐和mo2n的质量比调控可以精确控制复合相中α-moc和β-mo2c比例。本发明制备的复合相碳化钼催化剂在催化co2转化为co相比单一相碳化钼转化率有所提升。

21、本发明还公开了所述的复合相碳化钼催化剂作为逆水煤气变换催化剂在逆水煤气变换反应中的应用，本发明所得催化剂具有优异的co2转化率和95％以上的co选择性。

技术特征：

1.一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，s1中，所述钼盐为钼酸铵、钼酸、氧化钼和五氯化钼中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，s3中，水浴温度为40-90℃。

4.根据权利要求1所述的一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，s4中，所述碳化采用的碳源为ch4、尿素、蔗糖、葡萄糖或苯胺。

5.根据权利要求1所述的一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，s2中，所述mo2n的制备过程为：

6.根据权利要求5所述的一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮化的条件为：在1-3h升温至500-700℃，保温1-3h。

7.根据权利要求5所述的一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，其特征在于，氮源为氨气或氮化碳。

8.一种权利要求1-7任意一项所述的复合相碳化钼催化剂制备方法制备出的复合相碳化钼催化剂，其特征在于，所述复合相碳化钼催化剂含有α-moc和β-mo2c，α-moc和β-mo2c的比例通过钼盐和mo2n的质量比调控。

9.权利要求8所述的复合相碳化钼催化剂作为逆水煤气变换催化剂在逆水煤气变换反应中的应用。

技术总结
本发明属于催化剂技术领域，涉及一种复合相碳化钼催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、称取钼盐溶解于去离子水，得到钼溶液；将Mo<subgt;2</subgt;N加入钼溶液中，得到悬浊液；将悬浊液在水浴中加热搅拌至凝胶状态，50‑120℃干燥，制得前驱体；将前驱体在还原气氛下进行碳化，制得含有α‑MoC和β‑Mo<subgt;2</subgt;C的复合相碳化钼材料；所述碳化的条件为：在1‑5h升温至500‑680℃，碳化时间2‑10h。通过钼盐溶液负载至Mo<subgt;2</subgt;N，得到前驱体，在500‑680℃碳化得到比例可控的复合相碳化钼催化剂。

技术研发人员：赵杰,张小龙,鲍瑞雪,张涛,孙茹茹
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10