本发明专利技术公开了CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料，以多孔Mg基材料作为基质，负载作为催化活性组分的铁金属氧化物、作为催化促进剂的过渡金属氧化物、作为碱金属氧化物的结构助剂。该复合材料具有多孔结构和高比表面积，既有利于CO2吸附，又可促进反应物和产物扩散；同时负载的碱金属盐既可提高CO2吸附速率和吸附容量，又可避免Mg基颗粒在吸附循环过程中因烧结团聚而失活的难题。本发明专利技术在同一反应器中进行CO2捕集与转化连串反应，充分利用中温烟道气的热量提供转化反应所需能量，实现了能量的高效利用；规避了传统的CO2捕集、利用与埋存过程中所需CO2压缩与运输过程，大幅度降低操作成本；从而实现了高效的CO2捕集与原位烯烃的高附加值转化。烯烃的高附加值转化。烯烃的高附加值转化。
【技术实现步骤摘要】
二氧化碳捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料、制备方法及应用
[0001]本专利技术属于CO2捕集及原位转换
，具体涉及一种具备CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能Mg/Fe基复合材料、制备方法及其应用，如用于天然气为燃料的能源行业、制造行业、建材行业产生的烟气中CO2捕获及转化为乙烯、丙烯、丁烯等轻质烯烃。
技术介绍
[0002]近年来，全球气候变暖对未来人类的生存构成潜在威胁。众所周知，其主要原因是由于温室气体中的CO2过度排放导致，而这一人为排放的CO2主要源自化石能源的消耗。因此，CO2控制排放已成为我国能源等相关行业亟待解决的问题。
[0003]现阶段国际普遍认为最具前景的是CO2捕集与封存技术(CCS)，CO2捕集依据烟气温度可分为低温、中温和高温捕集，其中低温(<200℃)主要为乙醇胺(MEA)吸收法和固体吸附法如氨基修饰的多孔吸附剂，中温(200℃
‑
400℃)主要采用碱土金属氧化物吸附法，高温(>400℃)主要通过CaO化学固碳法。目前研究重点集中在低温捕集技术的研发，但实际烟道气排放温度通常在150
‑
300℃，需要消耗大量能源降低烟气温度。中温CO2捕集可解决上述问题。
[0004]目前开发的吸附剂主要为水滑石类金属氧化物(LDH)和MgO基吸附剂。Wang等人(EnergyEnviron.Sci.，2012，5，7526
‑
7530)首次提出了合成有机层双氢氧化物(LDHs)高效中温CO2吸附剂的方法。其研究结果表明，长碳链有机阴离子的嵌入显着增加了CO2捕集能力(1.25mmolg
‑1)，比传统吸附剂(0.5mmolg
‑1)高2.5倍，但是在高温再生过程中，吸附剂的稳定性存在不确定性。专利CN201010120274.6公开了一种燃烧烟气中二氧化碳的氧化镁固定方法。采用氧化镁作为吸收剂，与水配制成5～35％质量浓度的浆液，吸收20％体积浓度以下的二氧化碳。但其操作温度为45～55℃，而非CO2中温捕集(200℃
‑
400℃)。更值得关注的是CO2捕集后，必须经过压缩与运输过程，在异地进行CO2利用或埋存，高成本成为限制CO2控制排放的瓶颈。
[0005]将捕获的CO2作为一种碳源，原位转化为高附加值化学品或燃料等有望突破该瓶颈。目前CO2制轻质烯烃(C2‑
C4烯烃)的研究受到极大关注，其广泛的衍生物形成了从包装材料和合成纺织品到防冻剂，溶剂和涂料等各种终端市场。Satthawong等人(TopCatal57，588
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594(2014))经研究发现铁基催化剂在CO2制烯烃反应过程中具有较好的活性和烯烃选择性。但是其CO2转化率和烯烃的选择性仍需进一步提高。并且从烟气中捕集CO2原位转化为烯烃的研究还未见报道。
[0006]综上所述，目前CO2捕集和CO2利用的研究和应用往往独立开展，期间CO2的储存和运输需要大量的经济投入和能耗，显著提高了CCU技术的整体成本。另外，针对大多数工业烟气具有温度高，传统二氧化碳捕集方法比如相对成熟度的胺溶液吸收法，操作温度低，一方面需要将烟气先降温再进行CO2捕集；另一方面，CO2是热力学稳定化合物，需要输入大量能源，升高CO2的温度实现高附加值转化。为此，我们提出高效的中温烟气碳捕集与原位转
化为烯烃的技术专利技术。
技术实现思路
[0007]本专利技术针对中温CO2捕集和原位转化技术的空白，提供了一种具备CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能Mg/Fe基复合材料、其制备方法及其在二氧化碳中温捕集和原位催化转化低碳烯烃的应用。通过该过程，将CO2捕集与催化加氢制轻质烯烃结合为一体，充分利用了中温烟气中的热量而实现了能量的高效利用，同时提高了CO2捕获率和转化率，又选择性转化为高附加值轻质烯烃。
[0008]本专利技术的第一方面，提供了一种CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料，以多孔Mg基材料作为基质，负载有催化活性组分、催化促进剂及结构助剂。
[0009]其中，催化活性组分为铁金属氧化物，催化促进剂为过渡金属氧化物，结构助剂为碱金属氧化物。
[0010]多孔Mg基材料包括MgO泡沫或层状MgAl水滑石，该水滑石中Mg、Al的摩尔比为2～30:1；
[0011]过渡金属氧化物包括Co、Mn、Cu、Zn、Ce、In、Zr、Ga、Cr氧化物中的一种或两种以上；碱金属氧化物包括Li、Na、K氧化物中的一种或两种以上。
[0012]含量方面，铁金属氧化物和所述过渡金属氧化物总含量为10wt％～30wt％，其中Fe和过渡金属元素的质量比为1:1～4:1；碱金属氧化物的含量为10wt％～40wt％。
[0013]本专利技术的第二方面，提供了上述CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014](1)制备MgO泡沫或层状MgAl水滑石多孔Mg基载体材料；
[0015](2)将铁盐溶液和过渡金属盐溶液溶解在醇有机溶剂中，然后将多孔Mg基载体分散于上述溶液中，搅拌均匀后先40～50℃水浴蒸发溶剂，然后70～80℃烘干，而后在400
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550℃下煅烧4～6h；
[0016](4)将煅烧后的样品再与含有碱金属盐的溶液按比例混合均匀，室温老化后，在与步骤(2)相同条件下水浴蒸发溶剂并烘干后，在200
‑
300℃下煅烧2～3h后得到双功能复合材料。
[0017]优选的，步骤(1)中，MgO泡沫的制备方法如下：
[0018]将镁盐与造孔剂按摩尔比1:1加入到水中，待其充分溶解后70～80℃下老化4～6h获得分散良好的半透明溶胶；将上述溶胶在100～120℃下烘干后获得干凝胶并研磨破碎，然后转移至马弗炉中400～500℃下煅烧4～6h后得到MgO泡沫；
[0019]层状MgAl水滑石的制备方法如下：
[0020]将Mg、Al摩尔比为2～30:1的镁盐溶液和铝盐溶液混合液加入至0.05M碱金属碳酸盐溶液中，并调节溶液的pH值保持在10，连续搅拌下将所得的混合溶液在50～60℃下老化24h；然后混合溶液经真空抽滤去离子水洗涤后，抽滤物在100～120℃下干燥过夜，然后将其在500℃下煅烧5h，冷却至室温后收集样品备用。
[0021]上述制备方法中，镁盐包括硝酸镁、醋酸镁、草酸镁中的一种或两种；造孔剂包括柠檬酸、柠檬酸铵、尿素、草酸、草酸铵中的一种或两种；铝盐包括硝酸铝、氯化铝中的中或两种。
[0022]优选的，步骤(2)中，铁盐形式为氯化盐、硝酸盐或醋酸盐；过渡金属盐为Co、Mn、Cu、Zn、Ce、In、Zr、Ga、Cr的硝酸盐或醋酸盐中的一种或两种以上，
[0023]步骤(3)中，碱金属盐包括LiNO3、NaNO3、KNO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3中的一种或两种以上。
[0024]本专利技术的第三方面，提供了CO2捕集与催化加氢制烯烃本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料，其特征在于，以多孔Mg基材料作为载体，负载有催化活性组分、催化促进剂及结构助剂，其中，所述催化活性组分为铁金属氧化物，所述催化促进剂为过渡金属氧化物，所述结构助剂为碱金属氧化物。2.如权利要求1所述的CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料，其特征在于：其中，所述多孔Mg基材料包括MgO泡沫或层状MgAl水滑石；所述过渡金属氧化物包括Co、Mn、Cu、Zn、Ce、In、Zr、Ga、Cr氧化物中的一种或两种以上；所述碱金属氧化物包括Li、Na、K氧化物中的一种或两种以上。3.如权利要求1所述的CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料，其特征在于：其中，所述铁金属氧化物和所述过渡金属氧化物总含量为10wt％～30wt％，其中Fe和过渡金属元素的质量比为1:1～4:1；所述碱金属氧化物的含量为10wt％～40wt％。4.权利要求1～3任一项所述的CO2捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备MgO泡沫或层状MgAl水滑石多孔Mg基载体材料；(2)将铁盐溶液和过渡金属盐溶液溶解在醇有机溶剂中，然后将多孔Mg基载体分散于上述溶液中，搅拌均匀后先40～50℃水浴蒸发溶剂，然后70～80℃烘干，而后在400
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550℃下煅烧4～6h；(3)将煅烧后的样品再与含有碱金属盐的溶液按比例混合均匀，室温老化后，在与步骤(2)相同条件下水浴蒸发溶剂并烘干后，在200
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300℃下煅烧2～3h后得到双功能复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：其中，步骤(1)中，MgO泡沫的制备方法如下：将镁盐与造孔剂按摩尔比1:1加入到水中，待其充分溶解后70～80℃下老化4～6h，获得分散良好的半透明溶胶；将上述溶胶在100～120℃下烘干后获得干凝胶，研磨破碎后转移至马弗炉中400～500℃下煅烧4～6h后得到MgO泡沫；层...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡军，孙哲毅，章云，邵斌，刘洪来，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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