[发明专利]一种利用生物质焦油制备绿色催化剂的方法及应用

说明书

本发明为一种利用生物质焦油制备绿色催化剂的方法及应用。该方法包括如下步骤：生物质焦油溶于无水乙醇后，加入活化剂溶液，反应后得到固体，经干燥研磨成粉末后，升温至400～1000℃焙烧得到催化剂载体；将催化剂载体加入到占总量70～90％的金属镍盐水溶液中，得到悬浊液；将剩余的金属镍盐水溶液中加入络合剂后，然后滴加到悬浊液中，蒸发完全成固体，450～550℃下焙烧、还原，得到绿色催化剂；该催化剂应用于生物油加氢转烷基化。本发明得到的催化剂具有高效稳定、绿色安全、成本价廉等优势，拥有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明属于生物质资源开发与利用领域，具体设计一种利用生物质焦油制备绿色催化剂的方法以及应用。

背景技术

随着传统资源(煤炭和石油)的逐渐短缺和温室效应的增加迫使人们寻找更加廉价清洁和可再生能源。鉴于地球上有丰富的生物质资源，其具有可再生，CO₂零排放且能够直接转化为液体燃料的特点，具有极佳的环境效益和经济效益，是良好的化石燃料替代品之一。近年来将生物质做成功能化产品，如药品、化妆品和高价值产品，如芳香烃已成为一种趋势。但是生物质油成分复杂，化学性质不稳定、含氧量高，将生物质直接转化为所需的燃料或化学品是困难的，因为它由纤维素等复杂分子组成。其中，从生物质中的木质素得到高价值化学品一般需要通过加氢，脱氧，转烷基化等反应，这些反应通常需要在催化剂的作用下进行。加氢脱氧转烷基化催化剂在提高生物油提质上起着关键作用。载体的选择对催化剂活性有很大的影响。生物质焦油自身作为碳源，活化后得到的多孔碳材料最近得到很多学者的关注。多孔碳材料作为催化剂载体，具有高比面积、可调的孔隙结构、易于修饰的表面化学性质、优异的物理性能(如疏水性、化学惰性等)、成本低和对环境友好等优点。并且其含氧量较高，经过处理可得富含碳氧键的载体材料，对于催化愈创木酚转烷基化反应有较好的选择性。同时生物质焦油本身含硫量极低，在制备过程中能够保证绿色无污染，该工艺有助于实现生物质资源的高效利用，并减少了对环境的污染。

生物质气化过程中，除了生成可燃性气体，还会生成副产物生物质焦油。生物质焦油成分复杂，为上百种组分组成的混合物，不仅有腐蚀设备、堵塞管道、造成二次污染等危害，而且会降低生物质气化效率。生物焦油处理方法有催化裂解法和等离子体法。其中物理法存在焦油自身能量得不到利用和二次污染等问题。热裂法对操作温度的要求高，耗费较大。生物质焦油的转化、脱除成为制约生物质气化技术发展的瓶颈。因此实现生物质焦油的综合利用，开发具有高附加产值、经济有效、绿色环保的功能性材料，是生物质焦油处置技术重要的发展方向，必将会带来巨大的社会效益和经济效益。

愈创木酚具有生物油中的典型官能团，甲氧基和酚羟基，通常作为加氢脱氧反应的研究对象之一。愈创木酚在不同金属催化剂催化下经过加氢脱氧，可以得到芳烃或烷烃产品，在现有的研究中愈创木酚加氢脱氧产物为环己烷，但在较多文献中指出反应温度和H₂压力在很大程度上影响了负载型Ni催化剂对愈创木酚加氢脱氧反应路径的影响。通常苛刻的反应条件是愈创木酚加氢脱氧反应的主要障碍。设计合理催化剂，实现愈创木酚在温和条件下选择性加氢脱氧得到目标产物是该工艺的诉求，同时因目前有较多的催化剂能够实现将愈创木酚转化为环烷烃，反应较为彻底且不可控，对于愈创木酚合成某一阶段的有价值产物仍存在较大的空白。

发明内容

本发明目的在于针对当前技术中存在的不足，提供一种利用生物质焦油制备绿色催化剂的方法及应用。该方法以廉价的生物质焦油为碳前体加入KOH或K₂FeO₄活化剂，水浴搅拌得到均匀混合的固体，活化剂既可能够在制备催化剂载体过程中焙烧步骤起到活化载体的作用，同时能够起到造孔剂的作用，制备催化剂载体过程的焙烧温度保证了形成较多的碳氧键，而非发生石墨化，碳材料表面性能稳定，且为反应提供酸性位点，同时采用浸渍-溶胶法负载金属镍，保证了镍的稳定性，不易流失。

本发明的技术方案为：

一种利用生物质焦油制备绿色催化剂的方法，该方法包括如下步骤：