[發明專利]一種低成本自還原法合成的碳載雙金屬催化劑及其應用

在審

• 申請號: 202210632461.5
• 申請日: 2022-09-13
• 公開（公告）號: CN115318294A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 侯全會;劉基岡;邵俊
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J21/18;C07D307/46;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明是一種低成本固相自還原法合成的碳載雙金屬納米催化劑及其應用，合成方法為將樹葉、秸稈、甘蔗渣、水果皮等生物質炭BC(Biomass Charcoal)材料洗凈、烘干并粉碎成粉末；將硝酸鹽和生物質粉末完全溶解在去離子水中，并在真空干燥箱中烘干；將干燥后的樣品放入管式爐中，在氮氣氛圍下進行煅燒，利用碳自身的還原性，原位生成雙金屬碳載納米催化劑MN/BC(M、N代表兩種不同的金屬)。雙金屬催化劑可以應用于各種脫氫、加氫的反應中，提高加氫和脫氫的速率，比如儲氫材料的吸脫氫反應、糠醛和乙酰丙酸的加氫反應等。該制備方法簡單、環保、成本低廉，有助于提高各種加氫脫氫反應的進行。本發明所用原料來源豐富，制備方法成熟，操作過程可控，是一種對加氫脫氫反應性能優良的催化劑。

技術領域

本發明屬于催化材料領域，具體說涉及一種用于儲氫材料的加氫脫氫反應、糠醛和乙酰丙酸的加氫反應的低成本碳載雙金屬納米催化劑的制備方法以及對加氫脫氫性能的改善。

背景技術

對于很多的化學反應過程，添加催化劑是提高反應效率最簡單高效的策略。負載型催化劑是一類將活性相負載到載體上的催化劑，合適的載體一般具備一定的比表面積和合適的孔道結構以提高活性相金屬的分散度，另一方面，載體要有足夠的機械強度以保護催化劑在反應時不會被破壞。碳材料作為金屬催化劑載體是非常常見的選擇，例如活性碳，石墨烯，碳納米管等。但是無論是商業化的碳材料還是實驗室合成的碳材料都具有非常昂貴的價格。這無疑也會增加化學反應的成本。生物質炭材料是由富含碳的生物質在無氧或缺氧條件下經熱化學轉化生成的一種具有富含碳素的多孔固體顆粒物質，比如常見的秸稈、樹葉，柚子皮、甘蔗渣、廢舊棉布等。這些物質都是廢棄物的回收再利用，成本非常低。眾所周知，雙金屬催化劑由于不同金屬間的協同作用而具有更加優良的催化效果。專利CN201610538989.0以及CN202011462072.X提到了FeNi以及NiCu雙金屬催化劑的合成，但是其合成方法較為復雜，這也進一步的增加了碳載催化劑的合成成本和難度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種低成本的固相自還原法合成的碳載雙金屬納米催化劑，并應用于儲氫材料的吸脫氫反應、糠醛和乙酰丙酸的加氫反應等。該方法制備的催化劑價格低廉，操作可控，對加氫脫氫速率起到很好的改善作用。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種低成本碳載雙金屬納米催化劑的合成方法，包括如下步驟：

(1)將生物質炭(BC)材料清洗干凈，在80℃的真空干燥箱中烘干，并用粉碎機打成粉末。生物質碳材料包括秸稈、甘蔗渣、水果皮、稻殼、廢舊棉布等。

(2)將兩種不同的硝酸鹽與步驟1中的粉末依次加入去離子水中，在磁力攪拌機上攪拌12h。硝酸鹽是硝酸鎳、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸銅中的任意兩種。

其中兩種硝酸鹽的摩爾比為1:3-3:1，硝酸鹽總質量和生物質粉末的質量比為1:2-4:1。固體物質和去離子水的質量比為1:10-1:15。

(3)將得到的糊狀的混合物放入真空干燥箱中80℃干燥24h。

(4)將干燥后的樣品放入管式爐中，在氮氣氛圍下進行煅燒。管式爐從室溫以4℃/min的升溫速率升溫到400℃-750℃。待冷卻后制備成功MN/BC(M、N 代表兩種不同的金屬)納米催化劑。MN/BC納米催化劑粒徑約4-40nm。

將本發明的MN/BC雙金屬碳載納米催化劑應用于MgH₂、LiBH₄、Mg₂Ni儲氫材料的加氫脫氫反應、糠醛和乙酰丙酸的加氫反應等。可以大幅改善脫氫加氫速率，加快反應進程。

本發明的有益效果是：

(1)生物質來源豐富，與石墨烯、碳納米管等碳載體相比，具有絕對的價格優勢。