[發明專利]一種利用固態合成法制備負載Ni的介孔碳材料的方法

在審

• 申請號: 201910076468.1
• 申請日: 2019-01-26
• 公開（公告）號: CN109806873A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 常杰;周志寧;雷宇飛;付嚴
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J35/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種利用固態合成法制備負載Ni的介孔碳材料的方法。該方法是利用生物質資源的單寧和幾種類型的木質素為碳源，三嵌段化合物F127為模板，通過固態合成的方法制備了一系列Ni負載的介孔碳材料，并將其應用在生物質的催化加氫上表現出了優異的性能。在氫氣氛圍中，將2g的桉木粉，0.2g的催化劑和50ml的乙醇將入高壓反應釜中，280℃反應6h。本發明中催化劑具有較大的孔徑和較小的Ni納米顆粒，且氫解木粉后單酚的產率高達31.07%。

技術領域

本發明屬于碳材料的制備領域，具體涉及一種利用固態合成法制備Ni負載的介孔碳材料的方法。

背景技術

近幾十年來，世界范圍內有限的化石資源消耗量迅速增加，加重了溫室效應和降低了空氣質量。因此，以尋找化石原料替代物為主要目的生物質資源轉化為能源和化工原料的研究引起了世界上許多國家的關注。生物質能被視為21世紀具有發展潛力的清潔能源，其具有來源廣泛，價格便宜和可再生的特點。木質纖維素是最豐富的可再生生物質資源(全球每年1700億噸)，其主要由木質素(10-35％)、半纖維素(20-30％)和纖維素(40-50％)組成。其中木質素是唯一具有特殊芳香骨架的生物質原料。因此木質纖維素在生產燃料、生物質基材料和化石來源的酚類化合物方面具有巨大的潛力。充分利用木質素可以提高木質纖維素的利用率和緩解石油危機。

目前用于木質素解聚的催化劑大多數是基于貴金屬(Pd、Pt、Ru、Rh、Au)和非貴金屬(Ni、Fe、Co、Mo、Cu)，而載體多為碳基和沸石類。貴金屬具有高度催化活性和重復利用率，但是其全球的儲量較低，價格高昂，成本高，然而非貴金屬具有儲量高和價格低廉的特點，使得其具有很大的潛力來替代貴金屬。催化劑中載體的性能起到了至關重要的作用，不同的載體具有不同催化性能。Klamrassamee等人(Bioresource Technology，2015，180：222–229)采用軟模板法制備了MCM-41和SBA-15催化劑，在用于木質素解聚上具有優良的催化活性。目前不管是碳材料還是沸石類材料大多數都是通過軟模板法和硬模板法兩種方法制備而成，這些介孔催化劑通常是在酸性(HCl)或堿性(NaOH)條件下合成的，使得該工藝較為復雜、耗時且對環境不友好，然而傳統的中孔炭(MC)材料的制備過程則更加復雜和昂貴，因為必須使用硬模板路線或軟模板策略，并且通過HF、NH₄HF₂或NaOH去除模板才能制備介孔碳材料，工藝更加耗時和污染環境。

除了傳統的模板法在溶液中制備的介孔材料外，也有一些固態合成法制備介孔碳的研究。Zhang等人(Journal of Materials Chemistry A，2018，6：859–865)利用聯吡啶，CuCl₂和SiO₂為原料通過球磨、煅燒的方式制備了親水性的介孔碳材料，但是其孔徑較小，難以應用在生物質的催化解聚當中，并且其原料不環保，難以廣泛應用，而目前關于利用木質素為碳源通過固態合成發制備介孔碳的研究卻鮮有報道。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種利用固態合成法制備負載Ni的介孔碳材料的方法。

一種利用固態合成法制備負載Ni的介孔碳材料的方法，包括以下步驟：

(1)在震動球磨儀中球磨合成Ni負載的介孔碳材料，并在管式爐中焙燒制得Ni/MC催化劑；

Ni/MC催化劑的制備方法：將不銹鋼球，碳源和三嵌段化合物加入到震動球磨儀的不銹鋼球磨罐中，球磨0.5-1h后，再加入鎳鹽，繼續球磨0.5-1h，用乙醇和水洗滌三次后常溫干燥過夜，最后在管式爐中氮氣保護450-800℃煅燒2-4h，得到Ni/MC催化劑；

(2)在氫氣氛圍中，將1-2g的桉木粉，0.1-0.2g的Ni/MC催化劑和30-50ml的乙醇將入高壓反應釜中，260-320℃反應2-8h，即得；