[發(fā)明專利]一種生物基介孔炭材料催化CO2

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111225518.1
• 申請(qǐng)日: 2021-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN113877573A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣劍春;潘雪媛;王奎;孫昊;葉俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所
• 主分類號(hào): B01J23/42
• 分類號(hào): B01J23/42;B01J23/44;B01J23/50;B01J23/72;B01J23/745;B01J23/75;B01J35/10;C01B32/318;C01B32/324;C01B32/342;C01B32/348;C10G2/00;B01J32/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馮慧

本發(fā)明提出了一種生物基介孔炭材料催化CO₂加氫制備液體燃料的方法，屬于生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用生物基介孔炭材料對(duì)生物質(zhì)熱解尾氣中的CO₂進(jìn)行加氫反應(yīng)從而制備液體燃料及化學(xué)品。同時(shí)，本發(fā)明以來源廣泛、價(jià)格低廉并且可再生的生物質(zhì)為原料，綠色環(huán)保，工藝簡單。介孔炭材料作為CO₂加氫催化劑時(shí)，可使反應(yīng)在較溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；同時(shí)制備所得液體燃料等相關(guān)化學(xué)品。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑制備技術(shù)，具體是一種生物基介孔炭材料催化CO₂加氫制備液體燃料的方法。

背景技術(shù)

自前工業(yè)化時(shí)期至今，由溫室氣體引起的全球變暖以及一系列不利后果嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境，如糧食產(chǎn)量下降、生物多樣性遭到破壞、海平面上升甚至損害人類健康等。其中，人為排放引起大氣中二氧化碳濃度增加是溫室效應(yīng)增加的主要因素。因此，遏制二氧化碳排放是全人類面臨的緊迫任務(wù)。

目前應(yīng)對(duì)二氧化碳排放的策略主要有兩種：碳捕集與封存(CCS)和碳捕集與利用(CCU)。與CCS相比，CCU是一種更環(huán)保、更科學(xué)的控制二氧化碳排放的方法。二氧化碳捕集后，利用可再生能源將二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體燃料，使二氧化碳不再作為廢物處理，而是作為替代碳原料處理，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排利用。在解決二氧化碳排放和能源短缺問題上具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景。

二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化具有多樣性。其中合成甲醇的研究取得了很好的結(jié)果，甲醇被認(rèn)為是理想的清潔可替代能源，本身也是內(nèi)燃機(jī)、燃料電池、爐灶等的優(yōu)良燃料。近年來，生物柴油的生產(chǎn)對(duì)甲醇的需求量也在逐漸攀升。另一種可能性是生產(chǎn)二甲醚，這也是一種清潔燃燒的燃料，有可能成為柴油的替代品。乙醇和甲酸的形成可以作為燃料電池的原料，為從二氧化碳中儲(chǔ)存能量并產(chǎn)生電力提供了途徑。

由于炭材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使其作為一類催化新材料引起人們的極大關(guān)注。炭材料具備較大的比表面積，具有特殊的電子效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而得到較優(yōu)越的氫氣吸附能力，非常適合作為儲(chǔ)氫的材料，加之炭材料的價(jià)格低廉，化學(xué)性能穩(wěn)定，使之在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化、生物醫(yī)藥、催化應(yīng)用和功能材料等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力應(yīng)用前景廣泛。

但未活化的生物質(zhì)炭材料通常孔隙特性相對(duì)較差，限制了其在催化等各方面的應(yīng)用。因此，對(duì)生物質(zhì)炭材料進(jìn)行改性，以制備出性能更好的介孔炭載體具有重要的研究意義，也是將CO₂高效定向轉(zhuǎn)化為液體燃料的關(guān)鍵。為了解決上述問題，還選用不同的金屬離子對(duì)介孔炭載體進(jìn)行負(fù)載，為更好的進(jìn)行生物基介孔炭材料的改性研究，以制備出性能更優(yōu)異的生物基介孔炭材料，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在實(shí)際應(yīng)用方面，還可以通過燃燒介孔炭材料的辦法從不能再生的廢舊催化劑中回收貴金屬，具備經(jīng)濟(jì)應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種CO₂轉(zhuǎn)化率高、目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率高、成本低廉，工藝可操作性強(qiáng)、具有良好工業(yè)化應(yīng)用前景的催化劑制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種催化CO₂加氫制備液體燃料的介孔炭材料由以下方法得到，首先將生物質(zhì)原料熱解制得炭材料前驅(qū)體，經(jīng)化學(xué)活化，調(diào)控炭材料前驅(qū)體和活化劑的用量，以及碳化溫度和碳化時(shí)間，得到相應(yīng)的介孔炭載體，再通過浸漬法進(jìn)行金屬離子的負(fù)載，最終經(jīng)空氣焙燒制得所述介孔炭材料。

所述生物質(zhì)原料為：竹粉、棉稈、木屑、甘蔗渣、秸稈、椰殼、玉米芯中的一種。

所述惰性氣體為：氮?dú)狻鍤庵械囊环N。

所述升溫速率為：10～20℃/min。

所述化學(xué)活化試劑為：氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸、氯化鋅中的一種；所述生物質(zhì)原料和化學(xué)活化試劑的質(zhì)量比為：1：0.5～1.5。

所述粒徑范圍為：0.25～0.65mm。