[发明专利]用于生物质纤维素催化转化的催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于生物质纤维素催化转化领域，具体地，本发明涉及一种醇类重整耦合生物质纤维素催化转化的方法以及用于该催化转化过程的催化剂制备方法。

背景技术

由于化石燃料的大量使用，人类面临着环境、能源等一系列的问题。生物质是一种可再生能源，它可以通过光合作用固定大气中的CO₂，有效地减少了温室气体的排放。另外，由于生物质中硫元素和氮元素含量较低，使用过程中造成的环境污染比化石燃料要小，因此，生物质转化具有非常广阔的应用前景。生物质纤维素是自然界中最丰富的生物质资源，全球每年通过生物合成可再生性纤维素可达1000亿吨以上，其大量使用不会对粮食供应产生负面影响。因此，生物质纤维素的转化和利用被认为是发展可持续能源的一条有效途径。

目前，国内外对生物质纤维素转化的研究很多，传统的生物质纤维素转化方法主要是无机酸或碱催化、酶催化、超临界/次临界水转化，离子液体转化等。在这些条件下，生物质纤维素可以转化成单糖、糖醇、呋喃等化学品。然而，这些方法存在着一些问题，比如说腐蚀性强，成本高，反应条件苛刻，产物与催化剂难以分离等。与上述方法相比，固体催化剂催化转化法具有反应条件较温和、选择性高、催化剂易于回收、环境友好等优点，因而成为近年来的研究热点，得到了广泛的关注。对于固体催化剂催化转化生物质纤维素的研究，贵金属催化剂的报导最多。专利US 20090217922A1和WO 2007100052报导了在贵金属催化剂的存在下，纤维素能够转化成糖醇，在一系列不同载体的贵金属催化剂中，Pt和Ru催化剂对于己糖醇有更高的选择性和收率，但是反应需要室温时通入5MPa的外源氢气作为还原气。专利CN 101121643A指出纤维素经过磷酸水溶液预处理，以金属钌负载碳纳米管载体为催化剂，可以高效地将纤维素转化为六元醇（山梨醇和甘露醇），然而此反应采用的催化剂成本高，而且还需要室温时通入5MPa的外源氢气作为还原气。

此外，研究较多的生物质纤维素转化固体催化剂还有钨系列的催化剂。专利CN 102476980A以非零价钨为主要活性组分，将天然木质素和生物质水解残渣等原料催化加氢，合成C6~C9的酚类化合物。专利CN 101648140A以碳化钨为催化剂活性组分，将纤维素高效、高选择性地转化为乙二醇，碳化钨催化剂中添加金属镍（Ni-WC/AC）可以提高乙二醇的收率。但是，此反应同样需要通入5MPa外源氢气作为还原气，而且碳化钨的制备条件苛刻，成本仍较高。总之，上述专利文献介绍的生物质纤维素催化转化存在着如下不足：一方面是催化剂的成本过高，限制了工业上的大规模生产；另外，上述生物质纤维素转化所需的氢气，均是采用外界通入氢气的方式，操作较为复杂，并且氢气的储存和运输均有较高的要求。

甲醇、乙醇、丙三醇等低碳醇是潜在的氢气来源，这些醇能够在催化剂的存在下发生重整作用，产生氢气和一氧化碳等气体。利用这些低碳醇作为生物质纤维素转化的反应介质，寻求合适的催化剂，既能够催化反应介质重整产生氢气，又能利用重整气产物催化生物质纤维素转化生成化学品和燃料，具有非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于生物质纤维素催化转化的催化剂，该催化剂具有良好的催化活性，成本低，可用于生物质纤维素催化转化过程中。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于生物质纤维素催化转化的催化剂，由活性组分、助剂和载体组成，所述活性组分为氧化铜或/和氧化镍，助剂为碱土金属氧化物或/和过渡金属氧化物，载体为多孔氧化物。

所述活性组分占催化剂的重量百分比为10~60%，例如13%、18%、25%、32%、40%、45%、50%、55%，优选10~40%，进一步优选30~40%。

所述助剂占催化剂的重量百分比为15~50%，例如18%、24%、28%、32%、38%、42%、47%，优选15~40%，进一步优选15~30%。

一种用于生物质纤维素催化转化的催化剂，按其各组分占催化剂的重量百分比组成为：

活性组分        10~60%

助剂            15~50%

余量为载体。