[發(fā)明專利]一種溫和高效分解纖維素制氫的催化劑及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104148075B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何靜;李韻歌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J23/75;C01B3/22
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了溫和高效分解纖維素制氫的催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

在環(huán)境污染逐漸嚴(yán)重、化石能源日益匱乏的今天，開發(fā)清潔環(huán)保、可以再生的新型能源成為各國廣泛研究的熱點(diǎn)。在眾多可再生能源中，生物質(zhì)能以其儲量豐富、增長迅速等優(yōu)點(diǎn)成為未來能源的新寵，同時它也是唯一一種可再生的碳源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的10-20倍，但目前的利用率不到3％。近幾年，我國政府大力扶持生物質(zhì)能的開發(fā)利用，鼓勵廣泛應(yīng)用生物質(zhì)能，新能源的春天已經(jīng)到來。

氫氣以其自身作為能源載體的眾多優(yōu)點(diǎn)，受到科學(xué)家們諸多青睞。比如氫氣燃燒生成物為水，對環(huán)境零污染；氫氣的燃燒值高，是除核燃料發(fā)熱量最大的燃料；氫氣儲藏運(yùn)輸方便，可以以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)形式或吸附氫形式存在。因此制取氫氣，尤其從生物質(zhì)制氫成為研究的熱點(diǎn)。目前生物質(zhì)制氫的主要方法有：水蒸汽/氧氣高溫氣化、超臨界水氣化、酶分解等，這些方法面臨著高溫高壓耗能高或設(shè)備復(fù)雜等諸多問題。

在2002年，美國Dumesic課題組發(fā)展出一套新的水熱液相重整生物質(zhì)制氫技術(shù)(J.A.Dumesic et al.Nature,2002,48,964-966)，可將多元醇轉(zhuǎn)化為氫氣。該方法的優(yōu)勢在于反應(yīng)溫度低，500K左右；壓力低，1.5～5.0MPa。相比于轉(zhuǎn)化多元醇，催化直接生物質(zhì)纖維素制取氫氣更有意義。因纖維素內(nèi)牢固的氫鍵使得其本身不易被轉(zhuǎn)化，目前文獻(xiàn)中僅有少數(shù)幾篇報(bào)導(dǎo)了液相重整纖維素制氫。Jones等人報(bào)導(dǎo)了以Pt/Al₂O₃為催化劑液相重整木質(zhì)制氫(C.W.Jones et al.Energy&Fuels,2006,20,1744-1752)，225℃得到0.96mmol/g_biomass的氫氣收率。田志堅(jiān)等人報(bào)導(dǎo)了以1g Pt/C或Ce修飾的Ni作催化劑液相重整制氫(Z.Tian et al.Catal.Commun.,2010,11,522-526和Catal.Lett.,2011,14,1851–1858)，反應(yīng)溫度高至260℃氫氣收率分別為20.3and16.8mmol/g_cellulose。Wasserscheid雖然將液相重整纖維素產(chǎn)氫的反應(yīng)溫度降低至180℃(P.Wasserscheid et al.Green Chem.,2010,12,1150–1156)，但反應(yīng)中應(yīng)用貴金屬Ru配合物作催化劑并以昂貴的離子液體為反應(yīng)溶劑，高昂的生產(chǎn)成本不利于工業(yè)化應(yīng)用。除了液相重整，1980年Kawai和Sakata將光催化應(yīng)用于分解纖維素制氫(T.Kawai and T.Sakata,Nature,1980,286,474-476)，該反應(yīng)在室溫下發(fā)生，但產(chǎn)氫效率不及液相重整的5％。因此，開發(fā)高效的催化劑能從纖維素中溫和、成本低廉地制取氫氣仍是一個重大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高效的非貴金屬催化劑，可使纖維素在溫和條件下分解，制取氫氣。