[发明专利]一种Co/海泡石催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Co/海泡石催化剂及其制备方法和应用。Co/海泡石催化剂，包括作为载体的海泡石以及负载在所述海泡石表面的作为活性组分的Co。本发明Co/海泡石催化剂，其原料海泡石来源广泛，成本低，能够有效降低降解成本，适于大规模工业应用，而且本发明Co/海泡石催化剂与微波场配合，对降解木质素转化率较高，其转化率可达到85％以上，酚类化合物的选择性超过55％，其中愈创木酚选择性超过20％。

技术领域

本发明涉及催化剂和木质素降解技术领域，具体地说涉及一种Co/海泡石催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

木质素是一种芳环结构、来源丰富且价格低廉的可再生资源。木质素是主要存在于植物木质部分的复杂高分子化合物，与纤维素和半纤维素一起构成了生物质的三大组分。虽然它的干重只占生物质的10％～35％，但蕴含的能量却占到40％以上，因此木质素的转化和利用直接影响生物质的能量利用效率。木质素在自然界含量丰富，且来源广泛，每年从制浆造纸工业蒸煮废液中提取出的工业木质素有近5000万吨，小部分用作建筑材料的添加剂，绝大部分作为廉价燃料烧掉或直接排放，这不仅造成资源浪费而且污染环境。

从木质素出发催化解聚制备单酚类高附加值精细化学品和芳香烃烷烃等高品位生物燃料，可以部分替代以化石燃料为原料的生产过程，是生物质资源全组分高效综合利用的重要组成部分。

目前木质素的催化解聚方法主要包括生物法和化学法。生物法是利用生物酶作为催化剂实现木质素的降解，但是降解速度慢、耗时长、催化剂成本高且易失活，因此很难适应木质素的大规模工业应用。化学法主要分为催化热裂解、催化氢解等方法，催化热裂解面临的主要问题有：降解产物非常复杂，精馏提纯难以实现，产物氧含量高、粘度大，不能作为燃料直接应用于能源终端客户。催化氢解过程中使用贵金属炭载体催化剂成本高、缺少酸碱活性位点、降解产率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉，能够高效催化降解木质素为酚类化合物的Co/海泡石催化剂及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种Co/海泡石催化剂，包括作为载体的海泡石以及负载在所述海泡石表面的作为活性组分的Co。

进一步地，所述Co的含量为5～20wt.％。在实施本发明的过程中，发明人发现，Co的含量在上述范围，所得催化剂的催化降解效率更高。

上述Co/海泡石催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)对海泡石原料进行煅烧处理，然后加入到硝酸中，混合均匀后进行过滤处理，将过滤所得的滤饼洗涤至中性，再经过干燥，得到固体Ⅰ；

(2)对固体Ⅰ进行煅烧处理，得到纯化海泡石；

(3)将Co的可溶性盐溶于水中，再加入纯化海泡石，加热搅拌混合并滴加碱溶液直至pH值达到12～13，得到混合液，混合液经老化处理后进行过滤处理，将过滤所得的滤饼洗涤至中性，再经过干燥，得到固体Ⅱ；

(4)对固体Ⅱ进行煅烧处理，然后在10％的H2/N2气氛下进行还原，得到所述Co/海泡石催化剂。

进一步地，步骤(2)和步骤(4)中煅烧处理的条件相同，均为：空气气氛，温度600～800℃，时间4～6h，升温速率2～8℃/min。在实施本发明的过程中，发明人发现，采用上述条件，有利于Co的负载，所得催化剂的可重复使用率更高。

本发明还提供上述Co/海泡石催化剂在催化降解木质素中的应用。

本发明还提供一种微波场和催化剂协同降解木质素的方法，包括以下步骤：以四氢萘或低级醇为溶剂和供氢剂，加入木质素和如权利要求1或2所述的Co/海泡石催化剂，混合均匀后置于微波场下，在100～300℃的条件下反应4～12h。