[發(fā)明專利]一種改性活性炭定向催化生物質(zhì)熱解制備苯酚的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010014317.6
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111018674B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林曉娜;蔡紅珍;易維明;李志合;付鵬;畢冬梅
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學
• 主分類號: C07C37/52
• 分類號: C07C37/52;C07C39/04;B01J23/75;B01J23/06;B01J23/745
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本發(fā)明提供了一種改性活性炭定向催化生物質(zhì)熱解制備苯酚的方法。該方法以生物質(zhì)微波炭化得到的活性炭為催化劑載體，負載過渡金屬Fe、Co、Zn為活性組分，將金屬改性活性炭與生物質(zhì)原料以一定的比例分別放入固定床反應(yīng)器中，在惰性氣氛保護下升溫至400~550℃進行快速催化熱解，之后將催化后的蒸氣產(chǎn)物快速冷凝即可得到富含苯酚的液體產(chǎn)物。本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)通過催化熱解制備高純度苯酚的方法，工藝簡單，所用催化劑具有較高的催化活性和選擇性，且可回收重復利用，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)能利用領(lǐng)域，具體涉及一種改性活性炭定向催化生物質(zhì)熱解制備苯酚的方法。

背景技術(shù)

苯酚是一種非常重要的有機化工原料，廣泛應(yīng)用于制備酚醛樹脂、雙酚A和己內(nèi)酰胺，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆、染料、炸藥、石油添加劑、木材防腐劑、香料等工業(yè)中有著重要的用途。目前，主要通過異丙苯法生產(chǎn)苯酚，采用該工藝生產(chǎn)的苯酚已占世界苯酚產(chǎn)量的90%以上。該工藝所用原料（苯和乙烯）主要來自于化石資源，因而生產(chǎn)苯酚的原料是不可再生的。隨著全球化石能源的不斷消耗，能源危機及環(huán)境問題日益突出，開發(fā)可再生資源代替化石資源已成為社會發(fā)展的必然趨勢。生物質(zhì)作為一種儲量豐富、環(huán)境友好、可再生的碳資源，受到了廣泛關(guān)注。目前，生物質(zhì)是唯一可替代化石能源制備液體燃料或高附加值化學品的碳資源。生物質(zhì)熱解得到的生物油中含有苯酚化合物，然而生物油中苯酚的含量較低，難以進行提純利用。因此，需選用適當?shù)拇呋瘎┒ㄏ虼呋療峤馍镔|(zhì)，提高生物油中苯酚的含量。

活性炭（AC）是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳原料經(jīng)高溫碳化而得的一種多孔材料，具有較大的比表面積和發(fā)達的孔道結(jié)構(gòu)，且其孔道結(jié)構(gòu)可調(diào)，既含有微孔結(jié)構(gòu)也含有介孔結(jié)構(gòu)，有利于熱解大分子的傳質(zhì)擴散，不易結(jié)焦。此外，活性炭具有較強的水熱穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性，在高壓、水熱惰性條件下不易發(fā)生骨架坍塌，可回收重復利用，催化壽命長。因此，活性炭作為催化劑在生物質(zhì)能領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。Bu等在《Phenol andphenolics from lignocellulosic biomass by catalytic microwave pyrolysis》文獻中報道了活性炭微波催化生物質(zhì)熱解得到的生物油中苯酚含量最高達38.9%。研究表明，活性炭催化生物質(zhì)熱解可獲得較高含量的苯酚化合物。然而，目前文獻報道的活性炭催化劑存在活性位點少，催化劑用量高，苯酚收率低等問題，尚未有報道對活性炭進行改性處理以提高其催化活性及目標產(chǎn)物的收率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明首次將改性活性炭作為催化劑應(yīng)用到生物質(zhì)催化熱解領(lǐng)域，提供一種改性活性炭定向催化生物質(zhì)熱解制備苯酚化合物的方法。該方法所用催化劑制備工藝簡單、價格低廉，而且具有較高的催化活性和選擇性，可實現(xiàn)生物質(zhì)資源化、高值化利用，具有很好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明提供了一種改性活性炭定向催化生物質(zhì)熱解制備苯酚的方法，該方法包括以下步驟：

1）改性活性炭制備：首先將生物質(zhì)原料浸漬于磷酸溶液中活化處理，浸漬一定時間后干燥，然后將干燥物料置于過渡金屬鹽溶液中進行改性處理，一段時間后干燥，最后利用微波熱解裝置對干燥物料進行炭化處理，將炭化后的產(chǎn)物水洗至中性、干燥，得到改性活性炭；

2）生物質(zhì)催化熱解制取苯酚：將步驟1）中制取的改性活性炭與生物質(zhì)原料以一定的比例（0.5~3）分別放入固定床反應(yīng)器中，在惰性氣氛保護下快速升溫進行在線催化熱解，之后將催化熱解所生成的蒸氣產(chǎn)物快速冷凝即可得到富含苯酚的液體產(chǎn)物。

所述生物質(zhì)為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)，包括但不限于木材、農(nóng)作物秸稈、竹材、玉米芯等，生物質(zhì)粒徑不大于1mm。

步驟1）所述磷酸溶液的濃度為15~25%，浸漬時間為24h，浸漬過程的溫度為室溫。

步驟1）所述金屬鹽的種類為硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鋅，金屬鹽溶液的濃度為5~20%。

步驟1）所述微波炭化溫度為450~550℃，炭化時間為0.5~1h，微波加熱功率為700W。