[發明專利]一種MOF前驅體鉬鎳催化劑、其制備方法以及其在木質素降解中的應用

在審

• 申請號: 202110436065.0
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113117688A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 劉明華;李和裕;林春香;劉以凡
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/883
• 分類號: B01J23/883;C07C37/52;C07C37/54;C07C41/01;C07C39/06;C07C43/23;C07C39/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳姍姍;蔡學俊

本發明涉及一種MOF為前驅體鉬鎳催化劑的制備及其在木質素降解中的應用，屬于生物質能的利用領域。將三氧化鉬與金屬鹽溶液溶于去離子水中，再將有機配體與堿溶于去離子水中，然后將溶有金屬鹽和三氧化鉬的溶劑混合在一起后轉移至微波反應器中反應，過濾后用清洗數次后干燥過夜后得到前驅體MoO₃?Ni?MOF，將得到的前驅體MoO₃?Ni?MOF置于管式爐中，焙燒得到MOF前驅體鉬鎳催化劑。本發明合成的MOF催化劑克服傳統MOF合成方法時間長、溫度高與需要用到大量有機溶劑的缺點。合成的催化劑用于木質素降解，解決木質素降解催化劑價格昂貴、難回收，反應條件苛刻等問題。該催化劑價格低廉、回收簡單，降解工藝簡單，反應條件溫和，適合于產業化生產。

技術領域

本發明涉及一種MOF為前驅體鉬鎳催化劑的制備及其在木質素降解中的應用，屬于生物質材料的利用領域。

背景技術

隨著工業化的快速發展與人類對自然資源的不斷開發，能源問題成了目前世界上人們最關注的問題之一，為了解決目前世界能源逐步枯竭的問題，許多研究人員把目光聚集到了生物質資源的開發與利用上來，其中木質素降解被認為在涉及生產生物燃料的原料供給上有巨大的潛力，被視為下一個科研熱點。全球每年木質素的產量達到1700萬噸。木質素是自然界第二大豐富的可再生生物質資源，也是世界上唯一可再生芳香類生物質原料。現今超過95％的木質素的廢棄物，是以直接隨廢水排放、填埋或者濃縮焚燒等方式處理，這不僅污染了環境，同時造成了資源的巨大浪費。因此，如果可以通過木質素降解技術對木質素高效利用，將可以加快社會中生物資源對化石資源的替代。

目前，木質素的降解方法是通過將木質素中的化學鍵弱化、斷裂，或者產生一些易于反應的基團或活性位點，增加木質素的反應活性，從而達到降解的目的，進一步生成低分子量物質。當前，已經開發了多種木質素解聚方法，例如熱解，加氫裂化，氫解，水解和氧化。其中木質素的催化氫解是將木質素轉化為芳族化合物的最有前途和最有效的方法之一。氫解方法具有降解產物穩定、選擇性高的特點，被廣泛的應用。雖然氫解在眾多木質素解聚方法中具有許多優勢，但是為了在反應中提供足夠的氫源，目前大多數已有工藝中，木質素氫解中的氫源是由在反應前通入高壓的氫氣提供，而這往往具有安全隱患。

除了氫源以外，催化劑的應用也被認為是在木質素氫解中的關鍵技術。催化劑可以定向斷裂木質素結構中化學鍵生成目標產物，并促進木質素的轉化，阻止木質素大分子的縮聚反應以及焦炭的產生。高性能的催化劑應具備催化效率高、良好的選擇性、重復性能好、易回收等特點，且來源廣泛，經濟可行。目前各種各樣的催化劑被用于降解木質素，如介孔分子篩、活性炭、金屬、沸石等。其中金屬催化劑因其良好的催化活性、選擇性以及穩定性備受青睞。使用MOF材料為前驅體制備具有高分散性、高負載量特性的過渡金屬碳基材料有望成為高性能木質素降解催化劑，而利用雙金屬之間的協同作用可以使得催化劑的加氫性能與降解產物選擇性方面得到提升，因此選擇合適的金屬與合適的配體復合而形成的雙金屬MOF材料碳化后得到既不覆蓋原有活性位點又能提高性能的雙金屬碳基材料得到木質素降解催化劑的關鍵掣肘。

傳統的水熱合成法合成MOF材料具有效率低、耗時長、能耗高等缺點，專利CN110828193 A提供了一種Ni-MOF材料的制備方法，使用乙酸鈉與對苯二甲酸在二甲基甲酰胺/無水乙醇/水中在160℃下反應24h得到Ni-MOF材料。專利CN 111375385 A提供了一種雙金屬有機骨架吸附劑的制備方法，將配體與金屬鹽在N，N-二甲基甲酰胺/無水乙醇/去離子水混合液中100℃反應24h得到Co-Ni-MOF材料。傳統MOF材料合成法反應時間長，合成效率低，并且需要在醇溶劑中才能合成，這也進一步的增加的制備成本，且不利于環保。