[發明專利]一種催化劑載體專用摻氮成型活性炭的制備方法

在審

• 申請號: 202010015746.5
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111186837A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 夏海岸;姜忠國;賀澤華;曾蘭;楊莉
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C01B32/336
• 分類號: C01B32/336;C01B32/324;C01B32/318;B01J27/24;C07C209/36;C07C211/58
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 嚴海晨

本發明涉及一種催化劑載體專用摻氮成型活性炭的制備方法，以木質生物質為起始原料，經過摻氮、加入粘結劑，混捏、成型，最后碳化、活化工藝生產，制備成強度高、氮含量0.5%?10%、比表面積600～1200 cm³/g，灰分較低的催化劑載體專用摻氮成型活性炭。本發明的催化劑載體專用摻氮成型活性炭具有較高的比表面積、發達的孔隙結構、強度高等優點。負載的貴金屬催化劑粒徑小，催化活性高，在1,8?二硝基萘催化加氫反應中，表現出100%的轉化率和99%的產物收率。本發明具有原料來源廣泛，生產工藝綠色環保等優點。

技術領域

本發明是一種催化劑載體專用摻氮成型活性炭的制備方法，屬于成型活性炭制備技術領域。

背景技術

催化劑載體是催化劑的重要組成成分，其中活性炭載體在工業上已經獲得廣泛應用，特別是Pd/C、Pt/C、Ru/C等貴金屬加氫催化劑。粉狀活性炭載體由于粒徑比較小，機械強度差、反應后不容易分離回收。特別對于空速較高的氣-固相反應，其氣體阻力比較大，因此，高性能成型載體活性炭的開發是一個研發的熱點。

現在商業上應用的催化劑載體成型活性炭由于只含有表面含氧基團，和貴金屬組分作用力弱，在反應的條件下容易發生團聚成較大的納米顆粒，從而使催化劑活性下降甚至失活。因此，開發新一代催化劑載體成型活性炭勢在必行。

為了提高貴金屬活性組分的穩定性以及提高催化劑的活性，一個有效的方式是對活性炭材料進行摻雜（N、S、B、P等），從而形成一些缺陷位或者形成新的錨定位，有利于提高貴金屬的分散度，降低貴金屬的用量。

近年來，國內外研發機構對摻氮活性炭進行了研發工作。摻氮活性炭具有發達的孔隙結構以及獨特的表面性質，在燃料電池、超級電容器、多相催化、化學傳感器等領域顯示了巨大的潛力。摻氮活性炭的常見制備方法有：模板法、后處理法、炭化/活化含氮碳前驅體法。

專利（201510576459.7、201711187796、201710343359.2、201811062254.0、201910674408 .X）公開了用豆渣、小麥粉、廢棄活性炭為碳源，和含氮的前驅體為氮源，在高溫熱解得到粉狀的活性炭，但制備的活性炭由于粒徑比較小，機械強度低、不容易成型、比表面積小等缺點，不適合作為氣固相反應的催化劑載體。

專利（2013103171924，一種利用三聚氰胺廢棄物制備摻氮活性炭的方法）公開了一種以木屑和三聚氰胺為廢棄物為起始原料，經混合、炭化得到摻氮的活性炭。這種方法所得到的活性炭材料容易堵塞孔道，所得到的活性炭孔隙不發達，比表面積小，并且材料是粉狀的，不能用于作為催化劑載體。

專利（CN 105948045A）公開了一種以淀粉為碳源、以含氮化合物為氮源，經過糊化、水熱、碳化與活化等步驟制備出氮摻雜淀粉基活性炭微球材料。發明專利（201710343359.2）公開了一種以天然淀粉為原料，以無機鹽為模板劑，成型、經高溫碳化、水洗除去無機鹽，最后制備了一種淀粉基氮摻雜中孔成型炭。然而，以上專利中得到氮摻雜淀粉基活性炭，都采用可食用的淀粉為原料，價格昂貴，制備過程中會產生大量的富營養化的工業廢水，污染嚴重。并且得到的炭材料孔隙結構不發達，機械強度差不適合應用于固定床催化劑載體。

發明內容

本發明提出的是一種催化劑載體專用摻氮成型活性炭的制備方法，其目的在于針對上述現有技術的不足，以不可食用的木質生物質為原料，成本低廉，來源廣泛，并且經過高溫氣體活化，所得到的成型炭孔隙結構發達，比表面積大，機械強度高，并且表面含有豐富的“表面缺陷”，負載貴金屬后催化劑穩定性好，活性高，工藝綠色環保等優點。

本發明的技術解決方案：一種催化劑載體專用摻氮成型活性炭的制備方法，包括如下工藝步驟：

（1）以木質生物質為起始原料，在300-1000 ^oC和含氮的有機前驅體或者含氮的無機摻氮劑反應，制備摻氮炭材料。