一种钌基催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及合成氨催化剂，尤其涉及一种钌基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氨作为一种重要的化工原料和氮肥来源，支撑着全人类的生存和发展，推动着社会的进步。氨的合成主要来源于haber-bosch工艺，即以fe为主体催化剂，并加入适量的氧化钙等作为助催化剂来催化n2和h2反应生成nh3。fe基催化剂具有成本低、稳定性好等一系列优点，但是其缺点也是明显的，例如效率较低，需要高温高压的反应条件(400～500℃，10～30mpa)。随着科学技术的发展，大量的合成氨催化剂被制备出来，极大地降低了合成氨的反应条件，提高了效率。其中，ru基催化剂—以ru为主要的催化活性中心，以氧化物，氢化物，活性炭等作为载体的合成氨催化剂，能在一定程度上降低反应的温度和压力，但是其活性较低。综上，提供一种活性高，能耗低的合成氨催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种钌基催化剂及其制备方法和应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种钌基催化剂，所述催化剂中各组分的质量分数为：

4、钌1～2％，yho98～99％。

5、本发明还提供了所述钌基催化剂的制备方法，包含下列步骤：

6、(1)将yho、ru3(co)12和四氢呋喃混合，顺次进行旋蒸和煅烧，得到中间体；

7、(2)在氢气氛围中，将中间体进行还原反应得到所述的钌基催化剂。

8、作为优选，步骤(1)所述yho与四氢呋喃的质量体积比为0.8～1.2g：75～85ml。

9、作为优选，步骤(1)所述旋蒸的温度为35～45℃，所述旋蒸的压强为-0.05～-0.15mpa，所述旋蒸的转速为170～190r/min，所述旋蒸的时间为8～12min。

10、作为优选，步骤(1)所述煅烧的真空度为-0.05～-0.15mpa，所述煅烧的升温速率为5～7℃/min，所述煅烧的目标温度为380～400℃，到达目标温度后的保温时间为3～4h。

11、作为优选，步骤(2)所述氢气的流速为95～105ml/min。

12、作为优选，步骤(2)所述还原反应的升温速率为5～7℃/min，所述还原反应的目标温度为390～410℃，到达目标温度后的保温时间为1～1.5h。

13、本发明还提供了所述钌基催化剂在合成氨中的应用。

14、本发明还提供了采用所述钌基催化剂合成氨的方法，包含下列步骤：

15、将氮气、氢气和催化剂混合后进行反应，得到氨。

16、作为优选，所述氮气和氢气的摩尔比为1：2.5～3.5；所述催化剂的质量为0.15～0.25g；所述反应的气体流速为100～120ml/min，所述反应的温度为300～500℃，所述反应的压强为0.1～5mpa。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明提供了一种钌基催化剂的制备方法，包含下列步骤：将yho、ru3(co)12和四氢呋喃混合，顺次进行旋蒸和煅烧，得到中间体；在氢气氛围中，将中间体进行还原反应得到钌基催化剂。通过本发明制备得到的钌基催化剂在合成氨过程中表现出优异的活性，其中钌质量分数为2％的催化剂在500℃，5mpa下合成氨的速率达到85mmol·g-1·h-1。

技术特征：

1.一种钌基催化剂，其特征在于，所述催化剂中各组分的质量分数为：

2.权利要求1所述钌基催化剂的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述yho与四氢呋喃的质量体积比为0.8～1.2g：75～85ml。

4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述旋蒸的温度为35～45℃，所述旋蒸的压强为-0.05～-0.15mpa，所述旋蒸的转速为170～190r/min，所述旋蒸的时间为8～12min。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述煅烧的真空度为-0.05～-0.15mpa，所述煅烧的升温速率为5～7℃/min，所述煅烧的目标温度为380～400℃，到达目标温度后的保温时间为3～4h。

6.如权利要求2或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氢气的流速为95～105ml/min。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述还原反应的升温速率为5～7℃/min，所述还原反应的目标温度为390～410℃，到达目标温度后的保温时间为1～1.5h。

8.权利要求1所述钌基催化剂在合成氨中的应用。

9.采用权利要求1所述钌基催化剂合成氨的方法，其特征在于，包含下列步骤：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氮气和氢气的摩尔比为1：2.5～3.5；所述催化剂的质量为0.15～0.25g；所述反应的气体流速为100～120ml/min，所述反应的温度为300～500℃，所述反应的压强为0.1～5mpa。

技术总结
本发明属于合成氨催化剂技术领域，提供了一种钌基催化剂及其制备方法和应用。钌基催化剂以钌作为活性催化中心，YHO作为载体。制备方法包含下列步骤：将YHO、Ru<subgt;3</subgt;(CO)<subgt;12</subgt;和四氢呋喃混合，顺次进行旋蒸和煅烧，得到中间体；在氢气氛围中，将中间体进行还原反应得到钌基催化剂。通过本发明制备方法得到的钌基催化剂，在合成氨过程中表现出优异的活性，其中钌质量分数为2％的催化剂在500℃，5MPa下合成氨的速率达到85mmol·g<supgt;‑1</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;，具有较好的应用前景。

技术研发人员：陈文倩,唐量,田飞扬,吴明红
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11