生物质碳基材料负载纳米金属催化剂的制备及加氢性能研究

发布时间：2020-09-01 09:13

　　糠醛和乙酰丙酸均是重要的生物质平台化合物,通过加氢反应可以制备多种高附加值化学品和燃料。高效稳定的催化剂对两者的加氢反应极为重要,目前对催化剂的研究主要集中在多金属催化剂且载体大多为金属氧化物,对碳基非贵金属催化剂的研究较少。以生物质为原料,可制备功能性碳材料,应用于吸附,电极材料,催化剂载体等方面,其中,碳材料由于自身优异的特性适合做催化剂载体。基于此,本课题以柚子皮为原料,发展了一种简单绿色的生物质碳基材料负载纳米金属催化剂的制备方法,同时对催化剂形成机理进行了探究,并通过糠醛和乙酰丙酸的加氢反应对催化剂的加氢性能进行了研究。生物质碳基材料负载纳米金属催化剂是以柚子皮为碳源,硝酸盐为金属源,采用简单绿色的原位碳化还原法浸渍煅烧制备而得,共制备了Fe/C,Co/C,Ni/C,Cu/C四种催化剂,其中Ni/C和Cu/C催化剂的粒径分别为4.2nm和8.6nm。对催化剂进行了一系列的表征,研究发现,即使在没有额外还原的条件下,催化剂所负载的金属仍能保持还原态。结合相关的参考文献,在文中给出了可能的催化剂形成机理,为生物质原位碳化还原制备碳基金属催化剂提供了参考。Cu基催化剂通常对糠醛加氢制备糠醇有较高的选择性,故将制备所得的Cu/C催化剂用于糠醛加氢反应检测其加氢性能。对糠醛溶液浓度,反应温度,反应时间,催化剂负载量,催化剂煅烧温度进行了考察,在这其中,煅烧温度会极大的影响催化剂的粒径及分散度,导致其催化性能的变化。通过优化实验,确定了糠醛加氢反应在催化剂煅烧温度为400℃,反应温度为170℃,H_2压力为2MPa,反应时间为3 h时,反应效果最好,糠醛的转化率和糠醇的选择性分别高达99.6%和99.3%,且Cu/C催化剂具有较高的糠醇选择性,在反应温度升至240℃时,对糠醇的选择性仍然保持在97.3%。Cu/C催化剂循环性能优异,在10次循环后糠醛转化率依旧保持在90%以上(90.3%),没有出现明显的催化剂失活现象。为检测Ni/C催化剂的加氢性能,将其应用于乙酰丙酸加氢反应中。为对比反应效果,采用碳热还原法制备了活性碳负载镍催化剂Ni/AC和生物质碳负载镍催化剂Ni/DC。三种催化剂在物相组成及形貌上有较大的差异,这种差异导致了它们在乙酰丙酸加氢反应中不同的催化性能。考察了不同反应条件对乙酰丙酸加氢性能的影响,发现在反应温度为160℃,反应时间为3 h,氢气压力为4MPa的条件下,反应效果最好,乙酰丙酸的转化率和γ-戊内酯的产率分别为100%和94.2%。Ni/C催化剂在第六次循环反应中明显失活,分析表明,其失活原因主要是活性相Ni的氧化及流失。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ426;TB383.1
【部分图文】：

木质纤维素,成分,生物质,半纤维素

图 1.1 木质纤维素主要组成成分[21]Figure 1.1 The main components of lignocellulose[21]生物质，首先要对其进行剖析，将其物理结构是高效利用生物质的充分必要条件。如前所转化利用的生物质主要为农林剩余物，属于素、半纤维素、木质素和其他微量组分如无，它由葡萄糖组成，在有机物中占有很大比例成成分，它由五碳糖和六碳糖组成，是一种异，它是一种复杂的酚类化合物，由三种醇单体组醇。不同的生物质三种主要成分的比例不同，维素，半纤维素和木质素分别占 15-20%，25-3几种生物质组成如表 1.1。

转化技术,生物质

35-40 17-35 33-41 32-36 28-36 12-29 25-45 28-32 ，简单的燃烧绝非生物质利用的最佳手段，将其制备其用，包括溶剂，液体燃料，化学品等。直接燃烧是类在进入煤炭时代之前是以烧木柴为主，这种利用方化为热能，生物质燃烧发电厂就是采取这种利用方式方式：物理转化，化学转化和生物转化。物理转化是固体燃料用来直接燃烧，通过对原料的压缩，可以减和燃烧设备的空间利用率。化学转化中重要的一个解技术、高温干馏技术、气化技术和液化技术。热化低的生物质资源通过加氢脱氧，转化为高品位的燃转化技术包括生物质水解技术，厌氧发酵技术和生物和对应的产品如图 1.2 所示。

生物燃料,糠醛,糠酸

为重要的生物质平台化合物，可以通过各类反应制备高氧化反应可以制备糠酸，呋喃甲酸等[37]；通过加氢反应可lcohol,FA），四氢糠醇（Tetrahydrofurfurylalcohol,THF）uran,2-MF），2-甲基四氢呋喃（2-methyltetrahydrofuran,三聚氰胺或丙酮进行缩合反应制备热塑性树脂，塑料等还可以通过加氢脱氧提高其能量密度，制备一系列的呋

【相似文献】