一种利用氧化铜纳米片制备逆水煤气氧化铁催化剂的方法
阅读说明：本技术 一种利用氧化铜纳米片制备逆水煤气氧化铁催化剂的方法 (Method for preparing inverse water gas ferric oxide catalyst by using copper oxide nanosheets ) 是由 张展 穆春丰 张欣 姚君 张馨予 贾楠楠 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种利用氧化铜纳米片制备逆水煤气氧化铁催化剂的方法,获得厚度均匀的氧化铁二维纳米片(20±3nm),并且所用原料药剂安全易得,用于逆水煤气催化,在较低温度300℃下表现出较高的催化反应活性,CO<Sub>2</Sub>转化率达到73.4％以上,该材料对逆水煤气反应和水煤气转化反应具有特别的价值。(The invention discloses a method for preparing a reverse water gas ferric oxide catalyst by using a copper oxide nanosheet, wherein a ferric oxide two-dimensional nanosheet (20 +/-3 nm) with uniform thickness is obtained, and raw material medicaments used for reverse water gas catalysis are safe and easily available, show higher catalytic reaction activity at a lower temperature of 300 ℃, and are CO 2 The conversion rate reaches over 73.4 percent, and the material has special value for reverse water gas reaction and water gas conversion reaction.)
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种利用氧化铜纳米片制备逆水煤气氧化铁催化剂的方法。
背景技术
水煤气(WGS)变换反应已经研究了近一个世纪，工艺比较成熟。而逆水煤气变换反应(RWGS)可以利用丰富而廉价的二氧化碳作为碳源，利用RWGS反应生成的一氧化碳作为中间产物，采用F-T合成法制备烯烃；也可以利用RWGS生产乙醇。目前广泛应用于生产甲醇的CAMERE法，其中高温下的RWGS反应是其关键步骤，一氧化碳的转化率越高对甲醇的合成就越有利。因此高稳定性的催化剂对CAMERE反应至关重要。
传统的RWGS催化剂主要包括铝酸锌催化剂、Pt/CeO2催化剂、铜基催化剂和锰基催化剂等。上述催化剂大部分包含贵金属，成本居高不下，不适合大规模工业化推广。因此近年来业界开发铁系催化剂作为RWGS的工业用催化剂，其主要成分为氧化铁。目前主要采用沉淀法制备氧化铁催化剂，主要包括原料溶解混合、中和、热煮、洗涤、过滤、干燥和焙烧几个步骤。由于RWGS属于多相反应，因此要求催化剂具有复杂的化学组成和特殊的物理结构。采用不同的制备方法，催化剂的化学组成相同，但是物理结构有差异，催化效果差异较大。上述沉淀法制备氧化铁催化剂，制备的氧化铁催化剂粒径不均匀，分散度低，催化效果差。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明目的在于提供一种利用氧化铜纳米片制备逆水煤气氧化铁催化剂的方法，该方法制备的氧化铁催化剂，厚度均匀，活性组分分散度高，催化活性和稳定性好。
为了实现发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种利用氧化铜纳米片制备逆水煤气氧化铁催化剂的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将氧化铜纳米片与去离子水混合，质量比为1：1000—1：2000，然后在30-60r/min的转速下搅拌2-5h，使氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中；
2)将溶液加热至50-80℃，在此温度下，在30-60r/min的转速下加入与氧化铜纳米片相同摩尔数的七水硫酸铁[FeSO4·7H2O]，使其完全溶解在溶液中；
3)搅拌2-5h后，发生如下反应：
2FeSO4+2CuO+H2O→Cu2SO4+Fe2O3+H2SO4；同时溶液的颜色从黑色逐渐变为深橙色；然后通过过滤分离沉淀，并用过量去离子水清洗以去除未反应的铁前体离子；
4)为了除去氧化铜纳米片，将沉淀用过量的碱液洗涤，使铜离子生产络合物被带走；冲洗直到滤液不再是蓝色为止；
5)用去离子水冲洗剩余的橙色样品，最后真空干燥并压碎，得到氧化铁催化剂。
采用本方法可获得如下有益效果：获得厚度均匀的氧化铁二维纳米片(20±3nm)，并且所用原料药剂安全易得，用于逆水煤气催化，在较低温度300℃下表现出较高的催化反应活性，CO2转化率达到73.4％以上，该材料对逆水煤气反应和水煤气转化反应具有特别的价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
实施例1
1.将800mg氧化铜纳米片与800ml去离子水混合，然后在30r/min的转速下搅拌2h，使氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中。
2.将溶液加热至50℃，在此温度下，在30r/min的转速下加入与氧化铜纳米片相同摩尔数的七水硫酸铁[FeSO4·7H2O]，使其完全溶解在溶液中。
3.搅拌2h后，发生如下反应：
2FeSO4+2CuO+H2O→Cu2SO4+Fe2O3+H2SO4。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为深橙色。然后通过过滤分离沉淀，并用过量去离子水清洗以去除未反应的铁前体离子。
4.为了除去氧化铜纳米片，将沉淀用过量的碱液洗涤，使铜离子生产络合物被带走。冲洗直到滤液不再是蓝色为止。
5.用去离子水冲洗剩余的橙色样品，最后真空干燥并压碎，得到氧化铁催化剂。
材料平均厚度22nm，300℃条件下CO2转化率达到74.1％。
实施例2
1.将500mg氧化铜纳米片与500ml去离子水混合，然后在50r/min的转速下搅拌3h，使氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中。
2.将溶液加热至60℃，在此温度下，在50r/min的转速下加入与氧化铜纳米片相同摩尔数的七水硫酸铁[FeSO4·7H2O]，使其完全溶解在溶液中。
3.搅拌2h后，发生如下反应：
2FeSO4+2CuO+H2O→Cu2SO4+Fe2O3+H2SO4。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为深橙色。然后通过过滤分离沉淀，并用过量去离子水清洗以去除未反应的铁前体离子。
4.为了除去氧化铜纳米片，将沉淀用过量的碱液洗涤，使铜离子生产络合物被带走。冲洗直到滤液不再是蓝色为止。
5.用去离子水冲洗剩余的橙色样品，最后真空干燥并压碎，得到氧化铁催化剂。
材料平均厚度20nm，300℃条件下CO2转化率达到74.4％。
实施例3
1.将1200mg氧化铜纳米片与1200ml去离子水混合，然后在60r/min的转速下搅拌5h，使氧化铜纳米片充分的分散在去离子水中。
2.将溶液加热至80℃，在此温度下，在60r/min的转速下加入与氧化铜纳米片相同摩尔数的七水硫酸铁[FeSO4·7H2O]，使其完全溶解在溶液中。
3.搅拌2h后，发生如下反应：
2FeSO4+2CuO+H2O→Cu2SO4+Fe2O3+H2SO4。同时溶液的颜色从黑色逐渐变为深橙色。然后通过过滤分离沉淀，并用过量去离子水清洗以去除未反应的铁前体离子。
4.为了除去氧化铜纳米片，将沉淀用过量的碱液洗涤，使铜离子生产络合物被带走。冲洗直到滤液不再是蓝色为止。
5.用去离子水冲洗剩余的橙色样品，最后真空干燥并压碎，得到氧化铁催化剂。
材料平均厚度18nm，300℃条件下CO2转化率达到75.2％。