【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合成氨，具体涉及一种合成氨催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、人工合成的氨是氮肥的主要原料，是人类粮食安全的重要保障。此外，因氨具有易液化、储氢量高、能量密度大和运输方便等特点，是一种理想的未来能源。目前工业合成氨采用haber-bosch法，即在铁基催化剂催化下，n2和h2在高温(400-600℃)和高压(15-30mpa)条件下生成氨气。苛刻的反应条件使工业合成氨成为一个典型的能量和资本密集型产业，每年合成氨工业消耗世界能源的1-2％。工业合成氨的原料氢主要是通过高压天然气重整获得。随着对工业合成氨绿色化和可持续性的要求提高，未来氢的主要来源将由可再生氢(来自电解水或生物质氢)。可再生氢压力较低，为避免压缩气体引入新的能耗问题，研发低温低压下的高性能催化剂势在必行，是实现合成氨工业节能降耗、转型升级的关键所在。
2、目前合成氨催化剂的主要活性成分是fe、ru、ni、co等，而载体是实现活性组分分散并对活性组分进行结构调控的重要催化剂组成部分。常见的载体有活性炭(ac)、碳纳米管(cnts)、mgo、电子化合物等。但是ac和cnts等碳基载体在氢气气氛下不稳定、易发生甲烷化等问题，造成合成氨催化剂不稳定。mgo存在易吸潮发生相变等问题导致ru/mgo性能衰减。电子化合物对于水和氧气极度敏感，容易被分解或毒化。一些稀土氧化物虽然能够克服ru基催化剂常见的氢毒化等问题，但价格昂贵、成型困难。可见，目前的合成氨催化剂还不能满足在低温低压下高效催化的要求。发展一种价格低廉、储量丰富且物理化学稳定性高的r
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种合成氨催化剂及其制备方法和应用，具体是提供了一种价格低廉、储量丰富且物理化学稳定性高的ru基催化剂载体，并添加碱金属或碱土金属助剂，使用本专利技术催化剂能够在低温低压下合成氨，具有良好的应用前景。
2、本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
3、本专利技术第一个目的是提供一种合成氨催化剂，以srtio3作为载体，ru作为活性组分，碱金属或碱土金属作为助剂；
4、其中，ru在所述srtio3上的负载量为1-10wt％，碱金属或碱土金属添加量为相对于ru摩尔含量的0.1-10倍；优选含量基于保障助剂与ru充分接触与助剂对ru过度覆盖间的平衡。
5、在本专利技术优选的实施例中，所述碱金属为k、rb或cs；所述碱土金属为ba。
6、本专利技术合成氨催化剂用于合成氨反应中，在低温低压下具有高氨合成活性。
7、本专利技术的第二个目的是提供合成氨催化剂的制备方法，包括以下步骤：
8、以naoh水溶液和乙二醇的混合液为溶剂，将sr前驱体和ti前驱体在160-180℃下进行溶剂热反应，制得srtio3载体；
9、以四氢呋喃为溶剂，将羰基钌与所述srtio3载体以ru百分含量1-10wt％比例混合后，采用浸渍法制得ru/srtio3催化剂前驱体；
10、将所述ru/srtio3催化剂前驱体浸渍于碱金属或碱土金属前驱体溶液中，蒸发溶剂后干燥，制得所述合成氨催化剂；碱金属或碱土金属和ru的摩尔比为0.1-10：1。
11、在本专利技术优选的实施例中，naoh和乙二醇的用量比为1-40mmol：6ml；sr前驱体、ti前驱体和乙二醇的用量比为0.1-8mmol：0.1-8mmol：6ml。
12、在本专利技术优选的实施例中，sr前驱体为sr(no3)2，ti前驱体为钛酸四丁酯。
13、在本专利技术优选的实施例中，溶剂热反应时间为18-100h。
14、在本专利技术优选的实施例中，srtio3载体的比表面积为10-80m2/g。
15、在本专利技术优选的实施例中，浸渍法具体是指，混合体系搅拌处理后，蒸发溶剂，获得混合物；将所述混合物升温至200-400℃保温2h后，降温。
16、本专利技术第三个目的是提供一种合成氨的制备方法，采用本专利技术所述的催化剂，包括以下步骤：以n2和h2作为原料，在温度200-500℃，压力0.1-7.0mpa，空速1000-1000000h-1条件下，反应生成氨气。
17、本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
18、目前合成氨中使用的催化剂使得合成氨反应条件苛刻，需要在高温和高压的条件下进行反应，为了适应合成氨发展趋势，本专利技术提供一种合成氨催化剂，将该催化剂用于合成氨反应中，可以使反应在低温和低压条件下合成氨，并且氨气生成速率高。原因在于：
19、从催化剂组成角度来看，本专利技术中的催化剂是以srtio3作为载体，ru作为活性组分，碱金属或碱土金属作为助剂。该催化剂中，碱金属或碱土金属促进的ru/srtio3，兼具丰富的氧空位、电子助剂，从而使催化剂在低温低压下表现出极高的催化合成氨活性和稳定性，并且可以有效抑制传统载体中出现的氢毒化效应。
20、从催化剂制备角度来看，本专利技术在制备srtio3载体时，采用了溶剂热反应，选用的溶剂naoh和乙二醇的混合液，其中，乙二醇是结构导向剂，导向剂乙二醇的存在可以大幅提高产物srtio3的比表面积和氧空位含量，一方面提高催化剂的传质传热性能，另一方面基于电子助剂作用提高催化剂对n2的活化能力，基于上述协同提高ru/srtio3催化剂的低温低压催化性能。
21、本专利技术催化剂在低温低压下表现出极高的催化合成氨活性和稳定性，并且可以有效抑制传统载体中出现的氢毒化效应。
22、本专利技术催化剂制备方法简单，条件温和，可调控性能强，载体稳定性优异，原料成本低，适用于工业的大规模生产。
23、将本专利技术催化剂用在合成氨反应中，可以降低反应所需的压力和温度，使合成氨反应条件较为温和，容易实施，降低了合成氨工业化生产的成本，因此适合推广使用。
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1.一种合成氨催化剂，其特征在于，以SrTiO3作为载体，Ru作为活性组分，碱金属或碱土金属作为助剂；
2.根据权利要求1所述的合成氨催化剂，其特征在于，所述碱金属为K、Rb或Cs；所述碱土金属为Ba。
3.根据权利要求1所述的合成氨催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，NaOH和乙二醇的用量比为1-40mmol：6mL；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，溶剂热反应时间为18-100h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，SrTiO3载体的比表面积为10-80m2/g。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，浸渍法具体是指，混合体系搅拌处理后，蒸发溶剂，获得混合物；将所述混合物升温至200-400oC保温2h后，降温。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，碱金属或碱土金属前驱体为碱金属或碱土金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐或卤化物中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的合成氨催化剂在合成氨反
10.一种合成氨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用权利要求1中的催化剂，以N2和H2作为原料，在温度200-500℃，压力0.1-7.0MPa，空速1000-1000000h-1条件下，反应生成氨气。
...【技术特征摘要】
1.一种合成氨催化剂，其特征在于，以srtio3作为载体，ru作为活性组分，碱金属或碱土金属作为助剂；
2.根据权利要求1所述的合成氨催化剂，其特征在于，所述碱金属为k、rb或cs；所述碱土金属为ba。
3.根据权利要求1所述的合成氨催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，naoh和乙二醇的用量比为1-40mmol：6ml；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，溶剂热反应时间为18-100h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，srtio3载体的比表面积为10-80m2/g。...
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