【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂的，具体地说，涉及一种封装型正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法及铁系催化剂。
技术介绍
1、氢能具有可再生、能量密度大、热值高等优点，是一种理想的清洁能源。氢具有气态、液态和固态等多种形态，其中液氢具有便于储存、气化时膨胀倍率大等优点，已经成为氢能使用和储存的重要方式。在氢气的低温液化过程中，正氢会自发地转化为仲氢，但是该过程极为缓慢。而且，由于正仲氢转化过程放出的热量大于液氢气化所需热量，在正仲氢转化过程中会引起液氢的蒸发。为减少液氢的损失，在氢气低温液化过程中，需要使用正仲氢转化催化剂，加速正氢转化为仲氢的过程。由于铁基氧化物材料活性较高、安全性能较好，已成为广泛研究的正仲氢转化催化剂。但是，环境中水蒸气会引起铁基催化剂的聚集，进而降低催化剂的性能。而且，铁基氧化物较低的比表面积也限制了催化剂性能的提升。
2、目前，提升铁基正仲氢转化催化剂性能的方法主要是将铁基氧化物等活性物质负载于氧化铝等惰性载体的表面，但是，负载于载体表面的氧化铁容易受到环境中水蒸气等杂质的影响，也易团聚，进而引起催化剂性能的降低。
3、因此，寻找一种比表面积大、活性位点较多、活性物质不易受环境中的杂质影响的正仲氢转化用铁系催化剂，以及制备工艺简单、具备实用潜力的制备方法就显得尤为重要。
4、有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，通过借助于二氧化硅载体丰富
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
3、一种正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将硅盐前驱体和有机模板剂置于溶剂中，搅拌溶解，加入硅盐沉淀剂，经水热反应、抽滤、清洗、干燥和焙烧后得到二氧化硅材料；
5、(2)对二氧化硅材料进行清洗、干燥和焙烧后，得到经过预处理的二氧化硅载体；
6、(3)将二氧化硅载体浸渍于铁盐前驱体溶液中，经清洗、干燥，得到铁盐前驱体填充的二氧化硅材料；
7、(4)将铁盐前驱体填充的二氧化硅材料浸渍于铁盐沉淀剂溶液中，得到铁基沉淀填充的二氧化硅材料，经清洗、干燥和活化处理后，得到正仲氢转化用铁系催化剂。
8、进一步的，所述硅盐前驱体与硅盐沉淀剂物质的量比为(1～10):1，优选为(1～5)：1，更优选为3:1。
9、优选的，所述硅盐前驱体选自八甲基环四硅氧烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三甲硅烷基胺、四乙氧基硅烷、二乙氧基甲基硅烷中的一种或几种的组合，更优选为四甲基硅烷。
10、优选的，所述硅盐沉淀剂选自尿素、硼氢化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种的组合，优选为质量浓度为5～15％的氨水，更优选质量浓度为10％的氨水。
11、以上方案中，硅盐沉淀剂的选择和加入量会影响硅盐前驱体中硅元素的沉降速度以及二氧化硅材料的颗粒的大小，进而影响二氧化硅孔道结构的改善和后续铁基活性物种的负载；采用氨水等弱碱性物质作为硅盐沉淀剂时，相对较弱的碱性有利于更精确的调控溶液的酸碱性，进而调控硅元素的沉降速度以及沉降后二氧化硅材料的颗粒大小；经过多次试验发现，当硅盐前驱体与硅盐沉淀剂物质的量比为3:1，且硅盐前驱体为质量浓度为10％的氨水时，硅元素的沉降速度以及沉降后二氧化硅材料的颗粒大小最为合适，有利于和有机模板剂一起改善二氧化硅的孔道结构，进而利于后续铁基活性物种的负载，提高催化性能。
12、进一步的，所述有机模板剂与硅盐前驱体物质的量比为1:(1～10)，优选为1：(3～5)，更优选为1:4。
13、优选的，所述有机模板剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、双十二烷基二甲基溴化铵中的一种或几种的组合，更优选为十六烷基三甲基溴化铵。
14、以上方案中，通过采用具有合适的分子大小和较好的水热稳定性的有机物作为模板剂，通过改变硅盐前驱体与有机模板剂之间的相对比例，在不影响二氧化硅材料的机械强度的前提下，能够有效调控二氧化硅载体的孔道结构及孔径大小，进而调控铁基活性物种的粒度大小，解决了传统铁系催化剂中铁基活性物种粒度不可调的难题，制备出适于合成高性能封装性正仲氢转化用铁系催化剂的二氧化硅载体，进而增加催化剂的活性位点数量，提升催化剂性能；并结合干燥、焙烧和无机酸、去离子水溶液的清洗，有效去除有机模板剂对催化剂性能的影响。
15、进一步的，所述二氧化硅载体与铁盐前驱体溶液的质量比为1:(1～10)，优选为1：(1.5～4.5)，更优选为1:3。
16、优选的，所述铁盐前驱体选自硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、硫酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种或几种的组合，优选为浓度为0.1～2mol/l的硝酸铁溶液，更优选为1mol/l的硝酸铁溶液。
17、以上方案中，随铁盐前驱体溶液质量的增加或铁盐前驱体溶液浓度的增加，提升了二氧化硅孔道结构内铁基活性物种的填充量，催化剂的比表面积和平均孔径呈减小的趋势，使得催化活性位点暴露的数量减少，减弱了催化剂的还原能力，降低了正氢转化率和装置出口处仲氢含量；当二氧化硅孔道结构内铁基活性物种的填充量过少时，会降低催化剂整体的活性位点数量，降低催化能力和反应速率。
18、由于no3-可通过在空气中焙烧分解的方式消除，不用另做去除处理，所以，本专利技术优选用硝酸铁作为铁基前驱体。
19、进一步的，所述铁盐沉淀剂溶液与铁盐前驱体填充的二氧化硅材料的质量比为(1～10)：1，优选为(1.8～4.2):1，更优选为3:1。
20、优选的，所述铁盐沉淀剂选自尿素、硼氢化钠、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾中一种或几种的组合，优选为质量浓度为5～15％的氨水，更优选为10％的氨水。
21、以上方案中，优先选用不含碱金属离子的弱碱性沉淀剂，不仅可有效避免碱金属离子对催化剂性能的影响，而且，相比氢氧化钠等强碱性沉淀剂，弱碱性沉淀剂更容易精确控制溶液的ph值，考虑到ph值会影响催化剂的孔道结构等物化性能，弱碱性沉淀剂的使用，更容易制备出孔道结构适合的催化剂，进而提升催化剂的性能。
22、进一步的，步骤(1)中，所述溶剂选自正己烷、环乙烷、正戊烷、戊醇、异丙醇中的一种或几种的组合。
23、优选的，溶剂为摩尔比为20:1的环乙烷与戊醇的混合溶剂。
24、优选的，硅盐前驱体与混合溶剂的质量比为1:(1～10)，优选为1:5。
【技术保护点】
1.一种正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述硅盐前驱体与硅盐沉淀剂物质的量比为(1～10):1，优选为(1～5)：1；
3.根据权利要求2所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机模板剂与硅盐前驱体物质的量比为1:(1～10)，优选为1：(3～5)；
4.根据权利要求1-3任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅载体与铁盐前驱体溶液的质量比为1:(1～10)，优选为1：(1.5～4.5)；
5.根据权利要求1-4任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐沉淀剂溶液与铁盐前驱体填充的二氧化硅材料的质量比为(1～10)：1，优选为(1.8～4.2):1；
6.根据权利要求1-5任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂选自正己烷、环乙烷、正戊烷、戊醇、异丙醇中的一种或几种的组合；
7.根据权利要求1-6任一所述的
8.根据权利要求1-7任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述浸渍是在20～70℃的温度下浸渍0.1～10h，优选在20～50℃的温度下浸渍1～5h；
9.根据权利要求1-8任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述浸渍是在常温下浸渍0.1～10h；
10.根据权利要求1-9任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，制得的铁系催化剂的平均孔径为4～15nm；
...【技术特征摘要】
1.一种正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述硅盐前驱体与硅盐沉淀剂物质的量比为(1～10):1，优选为(1～5)：1；
3.根据权利要求2所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机模板剂与硅盐前驱体物质的量比为1:(1～10)，优选为1：(3～5)；
4.根据权利要求1-3任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅载体与铁盐前驱体溶液的质量比为1:(1～10)，优选为1：(1.5～4.5)；
5.根据权利要求1-4任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐沉淀剂溶液与铁盐前驱体填充的二氧化硅材料的质量比为(1～10)：1，优选为(1.8～4.2):1；
6.根据权利要求1-5任一所述的正仲氢转化用铁系催化剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，丁明伟，方涛，宋泓伯，孙晓涵，刘梦然，蒋榕培，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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