【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种铜基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、co2是公认的最大的温室气体，对全球的气温升高负有主要责任。co2加氢制备甲醇，是一种ccu技术，其主要过程是通过清洁能源解离水产出的氢与大气中的二氧化碳通过催化剂相结合，最终产出甲醇。然而，co2分子极其稳定，要实现co2的活化和转化，其核心仍是需要使用高效催化剂来降低co2反应的活化能垒。在国内外研究中，通过对该反应过程的热力学以及动力学机理分析，不难发现其重点难点主要集中在两大方面：催化剂的活性和选择性存在“跷跷板”效应，以及催化剂寿命问题。
2、催化剂的高稳定性是甲醇工业生产平稳持续运行的关键。现有的铜基催化剂，用于工业化甲醇合成催化剂的催化活性、使用寿命及选择性存在明显差异。在催化剂制备领域，催化剂的成份及配比已然公开透明，催化剂的制备方法自然而然成为科研人员攻坚克难的主要方向；研究发现，不同的制备工艺会明显地改变催化剂的结构、相组成及活性金属的表面态，进而对催化剂的活性及稳定性产生重大影响，因此，制备高稳定性及优异催化活性的甲醇合成催化剂，成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
3、cu基催化剂是现行工业上广泛使用的合成气制甲醇催化剂，但cu也是水煤气变换反应的活性组分，在co加氢中这种影响可以提高h2/co比，对反应在一定程度上有利，但在co2加氢中，会提高co在产物中的占比，从而使甲醇选择性降低。另一方面，co选择性加氢是放热反应，催化剂床层容易产生热点，进而使cu组分烧结，使催化剂失活。
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铜基催化剂及其制备方法和应用。采用本专利技术制备方法得到的铜基催化剂，解决了cu组分易热烧结失活问题，而且应用于co2加氢制备甲醇，甲醇选择性高。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种铜基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、将cu盐、zn盐和al盐采用共沉淀法或溶胶凝胶法制备第一前驱体；
5、将所述第一前驱体和热处理介质混合进行液相热处理，得到浆状催化剂；所述热处理介质包括聚乙二醇和/或丙三醇；
6、将所述浆状催化剂固液分离，将得到的固体进行索氏抽提后干燥，得到第二前驱体；
7、将所述第二前驱体进行热解，得到铜基催化剂。
8、优选的，所述cu盐包括柠檬酸铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种。
9、优选的，所述zn盐包括柠檬酸锌、硝酸锌和醋酸锌中的一种或多种。
10、优选的，所述al盐包括异丙醇铝和/或硝酸铝。
11、优选的，所述cu盐中cu、zn盐中zn和al盐中al的摩尔比为1～7:0.5～4:0.5～4。
12、优选的，所述聚乙二醇包括聚乙二醇-200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-1500、聚乙二醇-4000和聚乙二醇-6000中的一种或多种。
13、优选的，所述液相热处理在惰性气氛中进行，所述液相热处理的温度为200～400℃，保温时间为0.5～20h。
14、优选的，所述热解的温度为200～1000℃，保温时间为2～15h。
15、本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的铜基催化剂，包括活性组分和助剂，所述活性组分包括cu和zn的氧化物，所述助剂为al的氧化物；所述cu、zn和al的摩尔比为1～7:0.5～4:0.5～4。
16、本专利技术还提供了上述技术方案所述的铜基催化剂在二氧化碳加氢制备甲醇中的应用。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
18、本专利技术提供了一种铜基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
19、将cu盐、zn盐和al盐采用共沉淀法或溶胶凝胶法制备第一前驱体；
20、将所述第一前驱体和热处理介质混合进行液相热处理，得到浆状催化剂；所述热处理介质包括聚乙二醇和/或丙三醇；
21、将所述浆状催化剂固液分离，将得到的固体进行索氏抽提后干燥，得到第二前驱体；
22、将所述第二前驱体进行热解，得到铜基催化剂。
23、本专利技术采用完全液相法耦合热解技术，在进行液相热处理时使用热处理介质聚乙二醇(peg)或丙三醇，在催化剂外层形成一层碳膜能有效间隔、负载活性组分，避免了在使用过程中活性成分晶粒因热老化而自由生长，避免催化剂失活，能够提高催化剂的热稳定性。而且，聚乙二醇或丙三醇可以修饰催化剂表面，从而进一步提高其催化活性并减少团聚，阻止催化剂烧结，避免活性组分发生迁移、团聚、长大，解决了cu组分易热烧结失活问题。同时，较小的cu晶粒不仅具有更多的开放平面和缺陷/边缘位点，可以与载体界面产生较大面积，有利于与中间物种结合，对催化剂的整体活性起着重要作用。本专利技术合成的催化剂具有较大的比表面积，实施例2催化剂的比表面积71.4m2/g，这有利于形成高度分散的cu物种，铜晶粒分散均匀，表面有效铜含量高，可有效提高催化剂的反应活性。较小的粒子能产生更强的相互作用力，表现出较高的甲醇选择性。
24、而且，本专利技术所使用的热处理介质聚乙二醇(peg)为绿色有机溶剂，具有高水溶性、生物相容性、无毒、生物化学稳定性高和低成本等优点。本专利技术采用完全液相制备技术，具有操作简单、高稳定、不易失活等特点。本专利技术采用完全液相制备技术耦合热解技术，制备出高性能的co2加氢制甲醇的催化剂。
25、实施例数据表明，本专利技术制备的催化剂中形成了cual2o4和znal2o4尖晶石结构，并且在反应前后无明显变化，稳定的尖晶石结构，在热催化性能方面展现出优秀的催化能力，在催化co2分解过程中表现出良好的可回收性。
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1.一种铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Cu盐包括柠檬酸铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Zn盐包括柠檬酸锌、硝酸锌和醋酸锌中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Al盐包括异丙醇铝和/或硝酸铝。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述Cu盐中Cu、Zn盐中Zn和Al盐中Al的摩尔比为1～7:0.5～4:0.5～4。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇包括聚乙二醇-200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-1500、聚乙二醇-4000和聚乙二醇-6000中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液相热处理在惰性气氛中进行，所述液相热处理的温度为200～400℃，保温时间为0.5～20h。
8.根据权利要求1所述的制
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的铜基催化剂，其特征在于，包括活性组分和助剂，所述活性组分包括Cu和Zn的氧化物，所述助剂为Al的氧化物；所述Cu、Zn和Al的摩尔比为1～7:0.5～4:0.5～4。
10.权利要求9所述的铜基催化剂在二氧化碳加氢制备甲醇中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述cu盐包括柠檬酸铜、硝酸铜和醋酸铜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述zn盐包括柠檬酸锌、硝酸锌和醋酸锌中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述al盐包括异丙醇铝和/或硝酸铝。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述cu盐中cu、zn盐中zn和al盐中al的摩尔比为1～7:0.5～4:0.5～4。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇包括聚乙二醇-200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，徐树斌，栾春晖，李晶，郭建平，温月丽，王贺，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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