[發明專利]一種木質素基納米花多孔碳載體負載Ru基催化劑及其制備方法和在木質素解聚中的應用

有效

• 申請號: 201910166723.1
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109967072B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 歐陽新平;李天津;邱學青;楊東杰;陳博
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J35/02;B01J35/10;C07C41/01;C07C43/23
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

本發明屬于金屬固體催化劑技術領域，公開了一種木質素基納米花多孔碳載體負載Ru基催化劑及其制備方法和在木質素解聚中的應用。本發明制備方法以木質素為碳源、氧化鎂為模板劑，利用微波處理含有兩者的混合溶液體系，得到木質素和氧化鎂前驅體的復合物；再通過高溫煅燒，得到木質素基納米花多孔碳載體，經過浸漬法負載活性組分Ru，制備得到木質素基納米花多孔碳載體負載Ru基催化劑。所得催化劑具有由大量無規則褶皺納米花組成、孔道發達的結構，負載釕納米顆粒較小(1.5?6nm)、比表面積大(5?180m²/g)、分散度高、穩定性高的特點，可應用于木質素解聚中，表現出優異的活性，單酚收率高達26.8％，且循環穩定性好。

技術領域

本發明屬于金屬固體催化劑技術領域，特別涉及一種木質素基納米花多孔碳載體負載Ru基催化劑及其制備方法和在木質素解聚中的應用。

背景技術

隨著化石能源的大量開采，造成了一系列的能源危機、生態危機和環境污染問題。從能源利用的角度來看，利用潛力較大的是由木質素、纖維素和半纖維素三部分組成的木質纖維素，作為一種不可食用的含碳可再生能源被認為是化石燃料的最佳替代品。纖維素和半纖維素結構較為簡單，可以通過化學或生物方法轉化為乙醇、乙二醇和糠醛等小分子化合物或轉化成汽油、柴油以及航空燃油等高價值燃料。木質素由于本身結構的復雜性和穩定使其難以有效利用，目前大量的制漿和造紙工業產生的木質素沒有得到有效利用，通常只被當做固體燃料，這在一定程度上造成了環境的污染。近年來，隨著世界范圍內對可持續發展的日益關注和生物質化工的興起，木質素的高效催化轉化引起了廣泛的關注。將其選擇性斷裂制備單酚類化合物可以替代化石原料，制備高附加值的芳香族化學品。作為重要的化工原料，芳香族化學品被廣泛用于合成醫藥、燃料、香料、農藥、抗氧劑等工業品，芳香族化學品不僅市場價格昂貴，而且現階段幾乎全部依賴石油或煤等不可再生能源。此外，芳香族化學品可以通過加氫脫氧進一步制備烷烴類燃料。以木質素為原料，催化轉化制備高附加值的芳香族化合物可以從根本上緩解化石能源資源短缺的局面。

木質素解聚制備單酚類化合物的方法有很多，主要包括氫解、氧化、離子液體、熱裂解、酶催化、堿催化、光催化和微波等降解技術。在H₂氣氛下，用金屬催化劑來選擇性的斷裂木質素中的C-O鍵被認為是轉化木質素生成芳香平臺化合物最有效的方式之一。常用的金屬催化劑，主要以貴金屬Pd、Pt或Ru，過度金屬Ni、Mo為主，在解聚木質素方面取得了較好的效果。Wang Feng(EnergyEnvironment Science,2013,6,994)等人利用Ni/AC催化劑在醇溶劑中可以有效的氫解真實木質素，在反應過程中，醇溶劑也可以當做活性氫的來源。Zhang Ying(Green Chemistry,2017,19,1895)等人分別以硝酸鎳和硝酸鐵為活性組分，采用共沉淀法負載到活性炭上制備出Ni-Fe雙金屬催化劑，能高效氫解樺木木質素最高得到23.2％的單酚收率。Ni-Fe催化劑能夠高效斷裂C-O鍵的同時而并沒有發生芳香環的加氫，主要是因為Ni和Fe合金結構上的協同作用。然而，由于木質素復雜的三維網絡架構，在大部分溶劑中是不溶的，這就妨礙了底物與金屬活性位點的充分接觸，造成解聚效率較低。大多數的催化劑載體都選擇廉價易得的活性炭，這種主要以微孔結構存在的碳載體，在苛刻的氫解反應條件下，造成傳質、傳熱速率很差，不僅會造成活性組分的團聚和流失，還容易堵塞孔道，這也是造成木質素解聚產物重聚的一個重要原因。因此廉價地合成出具有豐富孔道結構和特殊形貌的碳載體是解決上述以活性炭為載體制備金屬催化劑解聚木質素所存在問題的關鍵。