[发明专利]一种超快制备高分散金属纳米催化剂的方法及其应用

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，提供了一种超快制备高分散金属纳米催化剂的方法及其应用，通过将微流控技术与光化学还原反应耦合起来制备高分散金属纳米催化剂，高分散金属纳米催化剂在加氢脱氧反应的应用。本发明提供的一种超快制备高分散金属纳米催化剂的方法，提高了传热传质的效率，使得金属高度分散在载体表面，同时使得金属与载体之间有更强的相互作用，大幅度提高了催化剂的加氢脱氧活性；该制备方法具有简单快捷、成本低以及安全性高等优点，解决了现有的催化剂制备方法耗时过长的技术问题。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及一种超快制备高分散金属纳米催化剂的方法及其应用。

背景技术

随着传统化石燃料的快速消耗和温室气体的过度排放，环境问题已成为世界各国的一个热点话题。在“碳中和、碳达峰”的目标背景下，生物质能作为仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源，受到了广泛而持续的关注。木质纤维素类生物质具有含硫、低氮量低和可再生等优点，被认为是潜在的替代化石燃料资源。木质素作为木质纤维素类生物质的三大组分之一，含有大量的芳香基单元，通过快速热解将固体的木质素转化成液体的木质素热解油，可以大大提高燃料的热值。木质素热解油是由愈创木酚、丁香酚、苯甲醚、邻苯二酚和苯酚等酚类化合物单体和二聚体组成，这些混合物由于沸点较高且相差不大，难以精馏提纯实现高价值利用，而且氧含量高、粘度大，热值低，不稳定，限制了其在日常生活的广泛应用。

催化加氢脱氧方法不仅能大幅度降低酚类化合物的氧含量，而且还能提高氢含量，对于木质素热解油制备高热值的生物液体燃料具有独特的优势。通常，催化加氢脱氧反应需要较高的反应温度，这是由于脱氧过程中酚羟基等含氧官能团的C-O键具有较高的反应活化能决定的。而生物油组分含有大量的羟基官能团、羰基和共轭π键等不饱和官能团，在高温条件下容易发生缩聚反应引发结焦和积碳，不仅导致了大量的原料损失，也严重影响着催化剂的性能与使用寿命。为了避免上述情况发生，人们通过制备高分散的金属纳米催化剂大幅度提高催化剂活性，有效降低反应温度进而抑制缩聚反应的发生。

中国专利CN109046331A公开了一种贵金属纳米催化剂、制备方法及其应用，通过光化学还原反应在室温条件下制备贵金属纳米催化剂，温和的室温条件能够稳定金属活性组分，有利于金属的高度分散。但是该方法在烧杯中搅拌进行，不能保证每一个金属纳米颗粒获得相同的光照强度和光照时间，导致催化剂中的金属粒径不尽相同，从而影响其催化活性和稳定性。此外，光化学还原方法还存在制备时间过长(至少2小时以上)，而且对于催化剂的金属粒径，不能进行调控。

发明内容

本发明提供了一种超快制备高分散金属纳米催化剂的方法及其应用，其目的是为了解决现有技术中上述问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种超快制备高分散金属纳米催化剂的方法，其具体技术方案如下：

S1：将氧化物载体加入去离子水中，超声处理使载体颗粒充分分散在水溶液中，再将金属盐水溶液加入其中搅拌均匀，得到悬浮液；

S2：用玻璃毛细管作为微流道，拐弯处用透明硅胶管连接玻璃毛细管，用锡箔纸作为背景，将构建好的微流控系统置于紫外光照射下，再将所述悬浮液通过注射泵连续缓慢注入微流控系统中进行光化学还原反应，离心，洗涤和真空干燥获得高分散金属纳米催化剂。

进一步的，所述氧化物载体具有半导体性质，所述氧化物载体为二氧化钛和二氧化铈中的至少一种，优选为二氧化钛。

进一步的，所述氧化物载体颗粒粒径为10nm-60nm，优选为25nm。

进一步的，所述微流控系统的微流道直径为1.7mm，总长为112cm。

进一步的，所述微流控系统中的注射泵的注射速度为1mL/min-10mL/min，将悬浮液注入微流控系统中进行光化学还原反应，优选为2mL/min，此流速下悬浮液经过微流控系统的光化学还原反应时间大概为1min。