[發(fā)明專利]一種新型金屬-生物炭基加氫催化劑的制備方法及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010107707.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111229237B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小華;劉鐵翼;邵珊珊;張鴻昌;閆金龍;葛勝楠;呂志超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/83
• 分類號(hào): B01J23/83;C10G45/06;B01J35/10
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本發(fā)明屬于生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制取液體燃料和化工產(chǎn)品領(lǐng)域，涉及一種新型金屬?生物炭基加氫催化劑的制備及其應(yīng)用；步驟為：首先配置模板劑懸浮液；然后引入咖啡渣漿液，攪拌、干燥、研磨成粉末，進(jìn)行高溫碳化，得到生物炭；再用稀鹽酸洗滌，干燥得到活性炭；與硝酸鎳、硝酸鈰和去離子水混合，然后在空氣中老化、干燥、焙燒，最后在氫氣流中還原，得到金屬?生物炭基加氫催化劑；在CO₂氛圍下高溫碳化廢咖啡渣得到的生物炭具有更大的比表面積和比孔容積，介孔率極高，有效提高了催化劑活性位點(diǎn)數(shù)量，并解決了催化劑易孔道堵塞失活的問(wèn)題；同時(shí)提高了生物質(zhì)熱解產(chǎn)物脫氧加氫后芳香烴的產(chǎn)率，成本低、安全環(huán)保，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制取液體燃料和化工產(chǎn)品領(lǐng)域，具體涉及一種新型金屬-生物炭基加氫催化劑的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在當(dāng)今世界，隨著化石燃料的消耗日益增大以及溫室氣體CO₂的排放的不斷增加，能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，尋找和發(fā)展可再生的清潔能源成為了全世界面臨的首要任務(wù)。生物質(zhì)作為一種可再生的潔凈能源引起了人們的廣泛關(guān)注，尤其是通過(guò)熱裂解生物質(zhì)獲得的生物油，在部分替代化石燃料方面具有巨大的潛力。大力發(fā)展生物質(zhì)能源對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步與保持文明形態(tài)具有十分重要的意義。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于生物質(zhì)能源的利用主要有熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化兩種途徑。其中，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化可以使生物質(zhì)氣化，在一定條件下下轉(zhuǎn)化成生物油或其他高價(jià)值化學(xué)品。由于生物質(zhì)來(lái)源和工藝水準(zhǔn)和不同，潛力和最理想的化石能源的替代品。但是，生物油中含有大量的含氧化合物如酚類、醛類、醇類和酮類等，其中的含氧量高達(dá)40％以上，導(dǎo)致生物油燃燒值低，化學(xué)穩(wěn)定性差，對(duì)設(shè)備具有腐蝕性等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響生物油作為碳?xì)淙剂系膹V泛使用。因此，必須對(duì)生物油中的含氧化合物進(jìn)行催化加氫脫氧(Hydrodeoxygenation，簡(jiǎn)稱HDO)精制來(lái)提高油品品質(zhì)。

近年來(lái)，研究者針對(duì)生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化這一領(lǐng)域，在熱解過(guò)程中加入了不同的催化劑，使得生物質(zhì)往不同的方向轉(zhuǎn)化。在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的各種組分中，芳香烴是一種高品質(zhì)的化學(xué)品，可廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。但由于生物質(zhì)熱解氣會(huì)向多種物質(zhì)轉(zhuǎn)換，芳香烴的產(chǎn)率并不高。目前，用于生物油中含氧化合物加氫的催化劑有多種，對(duì)于這些HDO催化劑而言，硫化物催化劑的脫氧活性雖然較好，但會(huì)給加氫后的生物油帶入了新的硫污染源；磷化物催化酚類化合物的HDO反應(yīng)也主要是按直接脫氧的路徑進(jìn)行，產(chǎn)物達(dá)不到清潔燃油的標(biāo)準(zhǔn)；貴金屬和氮化物負(fù)載型催化劑則存在成本較高、易失活、比表面積小、孔徑小或脫氧活性欠佳等不足，嚴(yán)重阻礙了其工業(yè)應(yīng)用。

在專利CN108671947A中說(shuō)明了一種用于生物油加氫脫氧反應(yīng)的Ni₂P/還原氧化石墨烯催化劑及其制備方法。主要是利用還原氧化石墨烯為載體，負(fù)載活性組分Ni₂P，通過(guò)超聲分散及高溫焙燒方法制備Ni₂P/還原氧化石墨烯催化劑，該催化劑對(duì)苯甲醛加氫脫氧制備甲苯的轉(zhuǎn)化率很高。然而，該催化劑應(yīng)用于其他物質(zhì)的加氫脫氧轉(zhuǎn)化率仍低于理論值，且在反應(yīng)中易失活。

使用高溫碳化方法可以制備一種孔道結(jié)構(gòu)均勻的生物炭，通過(guò)改變負(fù)載金屬的種類及其配比，可以篩選出芳香烴產(chǎn)率最高的催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、催化活性好、芳烴產(chǎn)率高的新型金屬-生物炭基加氫催化劑，并為該催化劑提供一種制備方法。

針對(duì)上述目的，本發(fā)明將模板劑懸浮液放入咖啡渣的溶液中攪拌混合均勻，干燥后研磨成粉末，在CO₂氛圍下高溫碳化，得到的活性炭在鎳鹽和鈰鹽的混合溶液中浸漬，煅燒干燥后得到最終催化劑；

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的具體操作步驟如下：

(1)稱取一定質(zhì)量的模板劑，加入去離子水配置一定濃度的模板劑懸浮液；所述模板劑為海藻酸鈉、纖維素納米纖維、纖維素納米晶體、碳納米管或水滑石中的一種或多種混合物；