[發明專利]一種生物質焦油高效裂解催化劑的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810565109.8
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108636411A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 蓋超;劉振剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J37/08;C10K1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種生物質焦油高效裂解催化劑的制備方法及其應用。本發明的催化劑以廉價的生物質廢棄物為前驅體，以納米鐵為活性中心，采用“一步法”水熱炭化合成技術，將鐵離子還原為零價鐵并螯合在水熱炭表面。本發明所述的水熱炭基催化劑對苯酚等焦油污染物具有良好的催化降解效果，制備過程簡單，在酸堿體系中能夠穩定賦存，無二次污染，是一種環境友好型炭基功能納米材料。

技術領域

本發明涉及一種生物質氣化副產物焦油的催化裂解脫除技術，尤其涉及一種基于生物質廢棄物制備水熱炭基催化劑的新工藝。

背景技術

精細化學品、燃料、藥物、合成纖維、塑料、化肥等幾乎所有人類所需的化學工業品主要源于煤炭、石油和天然氣等化石能源，然而這些傳統化石能源利用過程帶來許多問題，包括污染生態環境、資源匱乏等，因此以可持續發展的新能源替代傳統化石能源勢在必行。生物質能是僅次于煤炭、石油、天然氣的世界第四大能源，是唯一可再生的碳資源。相對傳統化石能源，生物質能具備資源豐富、分布廣泛、可再生和碳零排放等優勢。采用熱解氣化技術將豐富的生物質資源轉化為清潔燃氣，既可為生活生產直接燃用、也可并網發電，具有高效率、低成本和易于規模生產的優點，發展潛力十分廣闊。然而，生物質氣化過程不可避免產生焦油等副產物，降低氣化效率，影響燃氣質量。催化裂解氣化可顯著降低焦油含量，提高能源轉化效率。目前主要研究熱點集中于催化劑的合成與調控。傳統礦石類催化劑、堿金屬類催化劑、過渡金屬類催化劑制備成本相對較高、催化劑易失活。本發明開發了一條以廢棄生物質為前驅體的生物質氣化焦油裂解催化劑合成的新工藝，制備的催化劑催化效率高、穩定性好，在降低催化劑生產成本、減少傳統化石能源消耗的同時也為大量生物質廢棄物資源提供一條行之有效的高附加值利用技術。

發明內容

本發明針對現有生物質氣化焦油裂解催化劑制備存在的工藝繁瑣、成本過高等問題，結合我國生物質廢棄物總量大的現狀，提供一種以生物質廢棄物為前驅體的催化劑合成新工藝。本發明方法制備的催化劑對生物質氣化過程中典型焦油組分催化效率高，穩定性好。

為實現本發明的目的，本發明提供一種水熱炭基催化劑的合成方法。以典型生物質廢棄物為前驅體，與一定濃度的九水合硝酸鐵按一定質量分數混合，將混合物置入高壓反應釜中進行“一步法”水熱炭化，反應后分離提取固相物質，在一定溫度下進行惰性煅燒，即可得到水熱炭基催化劑。制備的催化劑對生物質氣化焦油的催化效率大于90％。該工藝的催化效果受前驅體濃度、水熱炭化溫度、水熱炭化反應時間、氣化溫度等因素的影響。

本發明的優點主要體現在以下幾方面：

廢棄生物質木屑與九水合硝酸鐵在高壓反應釜中進行“一步法”水熱炭化，其原因是：相對于傳統“兩步法”，“一步法”制備的水熱炭基催化劑促進了穩定內球絡合物的形成，強化了水熱炭載體-納米金屬顆粒的相互作用，防止催化劑中活性相組分的流失，提高了催化劑的穩定性。

九水合硝酸鐵溶液的濃度是0.5-1.5mol/L，其原因是：鐵離子濃度過低，則會減少催化劑表面活性位點數量，降低催化劑的催化活性。鐵離子濃度過高，則會導致納米金屬顆粒尺寸過大，活性易燒結從而降低催化劑的催化活性。

水熱炭化溫度選取190-230℃，處理時間1.5-2.5h，其原因是：反應溫度過高或處理時間較短，有機組分炭化反應不充分，反應溫度過高或處理時間過長，水熱炭產率降低并且增加能耗。

在兩段式催化反應系統中，將生物質氣化焦油模型化合物在600-700℃進行水蒸氣催化裂解，其原因是：催化溫度過高，催化劑容易失活，降低對焦油的催化裂解性能，且能耗過高；催化溫度過低，焦油含量過高，降低催化劑的催化裂解效率。

下面結合說明書附圖及實施方案進一步闡述本發明的內容。

附圖說明

圖1是水熱炭基催化劑的制備方法及其催化降解生物質氣化焦油的工藝流程示意圖。

具體實施方式