[發明專利]整裝式金屬纖維@MCM-41分子篩核-殼結構催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210053183.8
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114345399A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張巧飛;任浩天;朱春山;李亞坤
• 申請（專利權）人: 河南工業大學;鄭州輕工業大學
• 主分類號: B01J29/04
• 分類號: B01J29/04;B01J35/06;B01J35/10;C11C3/10
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨

本發明公開了一種整裝式金屬纖維@MCM?41分子篩核?殼結構催化劑及其制備方法和應用，催化劑由金屬纖維基體和均勻包裹在纖維外表面的MCM?41分子篩層組成，形成同軸套管式核?殼結構。以金屬纖維為載體，通過晶種預涂覆再水熱晶化生長制備得到，具有孔徑在2~10 nm可調、比表面積較大的MCM?41介孔結構。本發明的催化劑可以減小催化反應過程的內擴散阻力，降低床層壓降，并且具有較大的比表面積、良好的導熱性，可明顯提高催化劑的催化效率以及選擇性。將該催化劑應用于植物油脂氣相催化裂化反應中，具有較好的催化性能，同時還能減少積碳的產生。本發明所述催化劑的制備方法簡單、結構可控、適合工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種用于植物油脂氣相催化裂化的整裝式金屬纖維@MCM-41分子篩核-殼結構催化劑的制備及其應用，具體涉及一種由整裝式金屬纖維基體和生長于其上的MCM-41分子篩層組成的具有三維網絡結構的纖維結構化MCM-41分子篩催化劑及其制備方法，和其在植物油脂氣相催化裂化反應中的應用，屬于分子篩催化材料和生物質能源高值化利用技術領域。

背景技術

隨著社會的不斷進步，石油化工行業有了日新月異的發展，在我國的國民經濟中占有重要的地位；而隨著人口的增加和經濟的快速增長，人類對能源的需求也在逐步增加。傳統意義上的能源如煤炭、石油、天然氣等化石燃料雖然能給人類社會帶來巨大的經濟效益，但其燃燒之后對環境所產生的污染也是巨大的；此外，這些化石燃料均屬于不可再生能源，其儲量是有限的。因此，開發替代燃料已迫在眉睫。為有效避免化石燃料燃燒帶來的一系列對人類身體以及生態方面的副作用，生物質等可再生清潔能源受到研究者的廣泛關注。生物質與石油、煤等化石燃料的主要組成元素大致相同，具有儲量豐富、綠色清潔、碳中性等優點。

使用植物油、地溝油等生物質生產生物燃料具有很多優點，如液體油便于運輸、原料可再生、原料易得、產品中芳烴及硫的含量較低、燃燒產物可生物降解等。目前主要有兩種途徑將生物油脂轉化成可再生的液體燃料：一種是通過酯化法或酯交換法將生物油脂轉化為生物柴油；另一種是在高溫條件下是油脂裂化得到成分與石油類似的烴類物質（Renew.Sust. Energy Rev., 2010, 14, 217-232）。

酯化法是醇類與脂肪酸在催化劑的作用下生成脂肪酸酯類的過程，適用于脂肪酸制生物柴油：

酯化法使得脂肪酸轉化為脂肪酸甲酯，多選用酸性催化劑如H₂SO₄、C₇H₈O₃S及各種固體酸等。酯交換法是用生物油脂與低碳醇在催化劑的作用下進行酯交換反應，生成相應的脂肪酸單脂再經洗滌干燥制得生物柴油的方法，是目前工業生產生物柴油的主要方法：

根據使用的催化劑不同，酯交換法可分為酸催化法、堿催化法、生物酶催化法和超臨界酯交換法。

盡管酯交換法生產生物柴油技術成熟，但該過程中的產物冷凝點較高、低溫流動性差、存貯穩定性差仍是不可避免的問題；而催化裂化法不僅可以避免這些問題的出現，還具有操作靈活、生產成本低、產物性質類似于普通汽柴油等優點。催化裂解法是在催化劑與高溫的共同作用下，生物大分子分解為較小分子的工藝過程，過程中將廉價的原料加工成為市場所需要的產品。此外，甘油三酯催化裂化所得到的產物在組成上與生物柴油是有根本變化的：酯交換法所得到的生物柴油主要是長鏈的脂肪酸酯；而催化裂化所得到的生物燃料則是小分子的烷烴、烯烴、脂肪酸以及羰基化合物的混合物，具有較好的低溫流動性和較低的含氧量，在性質與熱值方面均與傳統的石化柴油接近（Energy Convers. Manage.,2014, 87, 378-384）。