[发明专利]一种部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂的制备方法及其应用

说明书

一种部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂的制备方法及其应用，它属于纳米钯催化剂制备技术领域。本发明是采用操作简单、绿色环保的方法制备纳米钯催化剂。以生物炭为载体和还原剂，采用超声辅助浸渍工艺，将钯前驱体浸渍在生物炭载体上，然后将干燥后的样品在氮气氛围下在一定的温度下焙烧，即得到部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂。本发明无需使用任何化学还原剂和稳定剂，所得纳米钯粒子的粒径小且镶嵌在部分石墨化生物炭的凹陷处，细小的纳米钯与石墨化载体的协同作用使制备的部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂催化十二氢‑N‑乙基咔唑脱氢反应中表现出良好的催化性能和较高的稳定性。

技术领域

本发明属于纳米钯催化剂制备技术领域；具体涉及一种部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，化石燃料燃烧带来的能源和环境问题已经引起了越来越多的关注。全球能源消费总量的百分之八十来自传统的不可再生能源,如石油、煤炭和天然气。而包括太阳能、风能、生物能和海洋能在内的可再生能源的使用仅占全球总能源的百分之二十。开发利用清洁高效的可再生能源在全世界已达成共识。氢气作为一种能源载体，在当前和未来的可再生能源经济中具有重要作用。

基于氢气的质轻、不可压缩、易燃易爆等性质，高能效储运已成为氢能发展应用的瓶颈之一。液体有机氢载体(LOHC)储氢技术利用不饱和液态有机物与氢气之间的可逆反应，通过加氢和脱氢反应实现储氢和释氢，具有储氢密度高、容器要求低、运输方便安全以及可利用现有加油设施等优点，可有效解决氢气的储运问题

N-乙基咔唑作为一种新型液相储氢材料，具有相对较高的储氢容量(5.79wt％)和良好的应用前景。通过N-乙基咔唑加氢和12氢-N-乙基咔唑脱氢反应来实现储氢和释氢。加氢反应可在工厂中完成且工艺成熟，脱氢反应一般在常压下进行，存在脱氢温度高，初始脱氢速率低等问题。设计、研发高活性、高稳定性的催化剂是12氢-N-乙基咔唑脱氢反应的关键。据文献报道，负载型钯基催化剂是脱氢反应最佳催化剂。

目前，负载型钯基催化剂通常是以NaBH₄、水合肼和H₂等化学还原剂，将负载的Pd²⁺离子还原制得的。为了提高Pd的分散度，在制备过程中通常使用PVP、Span等稳定剂，会产生大量废水。

发明内容

本发明目的是为解决纳米钯催化剂制备过程中使用稳定剂和化学还原剂产生环境污染、造成纳米钯流失及影响钯纳米粒子物相状态和形貌的问题，提供了一种部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂的制备方法及其应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、以生物炭为载体和还原剂，按一定的载钯含量，将生物炭加入钯前驱体水溶液中，采用超声浸渍工艺，将钯前驱体浸渍在生物炭载体上，干燥处理，得到干燥后的浸渍生物炭；

步骤二、将步骤一干燥后浸渍生物炭放入氮气氛围下的管式炉中，以一定的升温速率升温到一定的温度进行碳热还原反应，保持一定的反应时间，最后待样品在氮气氛围下冷却至室温后，取出、研磨后得到部分石墨化生物炭负载纳米钯催化剂。

进一步的，步骤一中所述钯前驱体水溶液为Pd(NO₃)₂·2H₂O溶液、Na₂PdCl₄溶液、K₂PdCl₄溶液或H₂PdCl₄溶液中的一种。

进一步的，步骤一中所述生物炭负载钯含量为0.5～5wt％。

进一步的，步骤一中所述超声浸渍的时间为1～2h，超声浸渍的功率为100W。

进一步的，步骤一中干燥处理温度为60-100℃，干燥处理时间为1～12h。