【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳转化，具体涉及一种用于逆水煤气反应的pt/mnox催化剂及其制备、使用方法。
技术介绍
1、作为现代工业的能源基石，化石燃料的大量燃烧诱发了大规模的co2排放，造成了严重的温室效应，严重威胁生态环境。co2减排与资源化利用，对解决能源环境问题和实现“碳中和”具有重大的意义。逆水煤气反应能够利用可再生能源制备的氢将co2直接转化成为co，再通过费托合成等工艺进一步获得各种高附加值化学品，因此具有较好的经济效应。但甲烷化副反应的发生降低了逆水煤气反应的效率。
2、单原子催化剂因其具有100％原子利用率、特异的表面结构及电子性质、均一的活性位点，在许多选择性加氢反应中表现出较高的反应活性和优异的选择性。目前用于逆水煤气反应的单原子催化剂，活性组分以贵金属基催化剂为主(pt，ru，ir)，并主要通过浸渍法、沉淀法、球磨法等方法制备，但其制备过程繁杂，所得催化剂均一性较差，不能确保所有活性组分均呈现出原子级分散的状态；且对活性组分的负载量有较为严苛的要求，在较高负载量(>1％)时，活性组分易于团聚，发生从单原子到团簇的结构转变。相较之下，通过一步法掺杂活性金属制备的单原子催化剂不仅操作简单，过程可控，组成均一，而且在较高负载量下也能保持原子级分散。
3、锰氧化物(mnox)具有优异的氧化还原特性，经氢气还原处理后，表面易于产生丰富的氧空位，结合mnox上的中等强度的碱性位点，能够促进co2的吸附。然而，由于缺少进一步的转化位点，吸附的co2难以进一步活化转化，所以单纯的mnox活性较差，
4、针对上述问题，将mnox作为载体，负载活性金属pt，通过一步法制备了mnox负载的单原子pt催化剂。其中，pt与mnox的协同作用(尤其是pt-o-mn键的形成及两者之间的电子转移)显著提高了co2的活化转化，促进了中间物种hcoo*到co的转变，抑制了甲烷化的反应途径，因此逆水煤气反应活性较高。此外，通过一步法所得的pt单原子能有效地裂解氢气，通过氢溢流作用加速mnox载体的还原，促进载体上氧空位的形成与co2的吸附活化。同时，所得mnox载体能够与pt具有较强的相互作用，能够有效地抑制pt单原子在反应过程中的聚集长大，保持了活性中心的稳定，提升了反应的稳定性。
5、因此，本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有mnox催化剂在逆水煤气反应中活性低，稳定性差等问题，及现有负载型单原子催化剂在逆水煤气反应中的制备工艺复杂、均一性较差、负载量要求较为严苛等问题，设计了一种具有独特单原子结构的pt/mnox催化剂，具有逆水煤气反应的高活性、高选择性和高稳定性。采用一步法将pt负载到mnox载体上，获得了原子级分散的pt/mnox催化剂，其制备工艺简单、条件温和、容易推广使用，且能够有效抑制甲烷化副反应的发生。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于针对现有mnox催化剂在低温逆水煤气反应中活性低，稳定性差等问题，提供一种具有独特单原子结构的pt/mnox催化剂，具有低温逆水煤气反应的高活性和高稳定性；针对负载型单原子催化剂在逆水煤气变换反应中的制备工艺复杂、均一性较差、负载量要求较为严苛等问题，采用一步法将pt负载到mnox载体上，获得了原子级分散的pt/mnox催化剂，其制备工艺简单，条件温和，容易推广使用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种用于催化逆水煤气反应的pt/mnox催化剂，该催化剂由载体和活性组分构成，载体为mnox，存在形式为mno、mno2、mn2o3、mn3o4中的一种或多种；活性组分pt以单原子形式分散在载体上。
4、本专利技术还提供了一种所述的用于逆水煤气反应的pt/mnox催化剂的制备方法，包括如下步骤：
5、首先根据元素质量百分比，将氯铂酸(h2ptcl6·6h2o)溶液滴加到高锰酸钾(kmno4)粉末中，在室温下搅拌均匀，放入60-100℃烘箱中使水分完全蒸干，待干燥后的样品冷却至室温后，加入无水柠檬酸(c6h8o7)粉末充分研磨，直到两个混合物均匀分散、无颗粒感存在、颜色均匀，再将混合物平铺到石英玻璃板上，随后，将其用明火点燃，充分燃烧后得到黑色固体，用去离子水清洗多次。最后，将所得滤饼在60-100℃烘箱中干燥过夜。将干燥后的滤饼与铵盐溶液混合，在70-90℃条件下进行离子交换6-12h后，用去离子水离心洗涤至ph＝7，随后将样品置于60℃烘箱中干燥过夜。重复离子交换步骤三次后，将样品在氧气气氛下于300-500℃焙烧2-10h，得到一步法负载pt的催化剂，记为pt(y)/mnox-sdc(y＝ptwt％)。
6、所述步骤中，kmno4和无水c6h8o7粉末的摩尔比为13:1。
7、所述步骤中，pt的负载量以元素质量百分比计，为0.1-5wt％。
8、所述步骤中，铵盐溶液为氯化铵(nh4cl)溶液或硝酸铵(nh4no3)溶液中的一种，浓度为0.1-1mol/l。
9、本专利技术用于催化逆水煤气反应的pt/mnox催化剂的使用方法：
10、将催化剂装填于固定床反应器中，在h2气氛下，300-500℃还原1h，h2流量为30mlmin-1；然后，通入体积比为1:1、2:1、3:1、4:1的h2/co2混合气体，，在温度为200-500℃，气体重量时空速率为的条件下进行反应。
11、与现有技术相比，本专利技术的优异效果是：
12、与现有单原子催化剂制备工艺相比，本专利技术提供的制备方法，操作简单便捷，条件温和，容易规模化推广使用。
13、与现有mnox催化剂相比，本专利技术具有更好的低温催化活性，能够在更低温度下获得高co2转化率，如在440℃时即可达到热力学平衡转化率。
14、与现有单原子催化剂相比，本专利技术具有100％的co选择性，无ch4等副产物。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于逆水煤气反应的Pt/MnOx催化剂，其特征在于，所述催化剂由载体和活性组分构成，载体为MnOx，存在形式为MnO，MnO2，Mn2O3，Mn3O4中的一种或多种，活性组分Pt以单原子形式锚定在载体上。
2.制备如权利要求1所述的用于逆水煤气反应的Pt/MnOx催化剂的方法，其特征在于，所述催化剂通过以下步骤获得：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铵盐溶液为NH4Cl溶液或NH4NO3溶液中的一种，浓度为0.1-1mol/L。
4.如权利要求1所述的用于逆水煤气反应的Pt/MnOx催化剂的使用方法，其特征在于，将催化剂装填于固定床反应器中，在H2气氛下，300-500℃还原1h，H2流量为30mL min-1；然后，通入体积比为1:1-4:1的H2/CO2混合气体，在温度为200-500℃，气体重量时空速率为的条件下进行反应。
【技术特征摘要】
1.一种用于逆水煤气反应的pt/mnox催化剂，其特征在于，所述催化剂由载体和活性组分构成，载体为mnox，存在形式为mno，mno2，mn2o3，mn3o4中的一种或多种，活性组分pt以单原子形式锚定在载体上。
2.制备如权利要求1所述的用于逆水煤气反应的pt/mnox催化剂的方法，其特征在于，所述催化剂通过以下步骤获得：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，杨元丽，陈标华，刘宁，徐瑞年，代成娜，于刚强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。