一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用，所述方法利用多元/复合半导体光催化材料进行光热耦合催化生物质制备航空煤油，其步骤包括：液体物质制备、多相混合、光热耦合催化反应、航空煤油精炼。本发明专利技术的能源和原料均来自丰富的自然资源，遴选含有不饱和键的生物质全部替代或部分替代氢气作为体系的供氢体，避免或降低了氢气成本高、易爆炸、保存难、消耗大等不足；采用光热耦合催化体系及构建新型光催化材料，弥补单一光催化材料的不足与缺陷，最大程度地提升光能利用率和产品得率，具有明显的技术进步性和实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用
本专利技术属于生物质能源领域和催化材料领域，具体涉及一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料及其制备方法与应用。
技术介绍
石油是一种具有极高战略地位的化工生产和能量来源的物资，对其化工炼制后可得到汽油、航空煤油、柴油等燃料和化工原料，但由于温室气体减排、国际原油市场的动荡、日渐加少的原油储备和日益增加的开采成本迫使人们寻找新型替代原料。生物质是唯一可用于大规模制取液体燃料的含碳可再生资源，太阳光是地球上最丰富和绿色的能源；这些富饶而可再生的资源和能源的开发与利用正日益受到全世界的重视。生物质因其低碳、清洁和可再生等优点以及基于太阳光驱动的有机光催化反应具有绿色高效、条件温和、环境友好等特点，已成为各国未来替代原料和新能源开发的战略发展方向。航空煤油是由石油的直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成，由近百种不同的馏分烃类化合物组成，是由8～16个碳原子数范围内的饱和烷烃、环烷烃、芳香烃和少量烯烃组成的混合燃料；具有低温流动性好、热值高、燃烧性能好、洁净度高、密度适宜、安定性好、对机件腐蚀小等特点。生物质经过化学转化处理后可得到航空煤油的主要组分，且基本不含硫的化合物。生物航空煤油在燃烧的过程中不会产生二氧化硫和大量积碳，从而减少发动机磨损延长发动机的使用寿命；相比较化石航空煤油来说，发动机在燃烧生物航空煤油时产生的颗粒物和硫化物等污染物要少得多。2013年中国石化集团公司以废弃生物油脂为原材料，生产出的石化1号生物航空煤油在东方航空公司的空客320型飞机上成功试飞。目前国内外生物质尤其是动植物油脂制备航空煤油普遍采用的方法是在反应釜或固定床反应器中，以电加热的方式，将动植物油脂在3～5MPa、350～450℃和催化材料等条件下与氢气发生加氢脱氧以及长链裂解、异构、重组等化学反应，使其脂肪酸甘油三酯分子定向转化为航空煤油8～16个碳原子数范围内的饱和烷烃和少量环烷烃组分。该方法制备航空煤油虽有转化效率高、工业制备易、生产控制便捷等优点，然而存在能耗高、氢耗大、安全性低等不足。针对这些不足，申请人提出了采用光热耦合催化生物质定向重整制备航空煤油的新方法及其多元/复合半导体光催化材料的设计与构建。本专利技术的能源和原料均来自丰富的自然资源，遴选含有不饱和键的生物质全部替代或部分替代氢气作为体系的供氢体，避免或降低了氢气成本高、易爆炸、保存难、消耗大等不足；采用光热耦合催化体系及构建新型光催化材料，弥补单一光催化材料的不足与缺陷，最大程度地提升光能利用率和产品得率。因此，本专利技术具明显的技术进步性和实际应用前景。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于光热耦合催化作用下将生物质定向重整转化为航空煤油的新技术以及设计和构建一种用于光热耦合催化作用下将生物质定向重整转化为航空煤油的多元/复合半导体光催化材料的制备方法。本专利技术的第一目的在于提供一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料，第二目的在于提供所述光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，第三目的在于提供所述光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的应用方法。本专利技术的第一目的是这样实现的，所述多元/复合半导体光催化材料由表面含有氧缺陷位功能的半导体材料与具有裂解异构功能的酸性物质制备的复合载体，再与具有催化及苎烯脱氢芳构化功能的贵金属活性组分和具有油脂加氢脱氧功能的过渡金属活性组分经合成、结构和形态控制、干燥和研磨制备而成。本专利技术的第二目的是这样实现的，所述的光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，包括以下步骤：（1）复合载体制备：将表面含有氧缺陷位的半导体材料与具有裂解异构功能的酸性物质按(0.01～100):1的质量比例，采用合成方法和控制方法，搅拌混合0.5～72h，制备复合载体；（2）过滤干燥：将步骤（1）制备的复合载体进行过滤后，在105±5℃下干燥0.5～5h，获得干燥复合载体；必要时，可在300～600℃条件下进行焙烧0.5～10h，获得改性的干燥复合载体；（3）合成：将贵金属活性组分、过渡金属活性组分和步骤（2）得到的干燥复合载体，按(0.01～100):(0.01～100):1的质量比例，采用合成方法负载贵金属活性组分和过渡金属活性组分，采用结构和形态控制方法控制载体的孔道形态和孔径分布，在100℃以内老化0.5～72h，然后过滤、在105±5℃下干燥0.5～5h和300～600℃下焙烧0.5～24h，制备多元/复合半导体光催化材料；（4）干燥研磨：将步骤（3）制备的复合载体进行过滤和干燥后，研磨至直径0.02～2mm的颗粒状光催化材料。优选的，步骤（1）中所述半导体材料是指TiO2、WO3、CeO2、ZrO2、V2O5、CeZrO4、La2O3。优选的，步骤（1）中所述酸性物质是指TiO2-SiO2、ZrO2、磷酸硅铝、分子筛、改性分子筛。优选的，步骤（3）中所述贵金属活性组分是指Pd、Pt。优选的，步骤（3）中所述过渡金属活性组分是指Mo、V、Zn、Sn、Ga、Zr；过渡金属活性组分的加入会增加光催化材料的酸位点、提高贵金属组分的活性和在复合载体上的分散度、提升加氢脱氧能力。优选的，所述合成方法是指浸渍法、溶胶-凝胶法、水(溶剂)热法、固体分散法。优选的，步骤（1）中所述控制方法是指化学控制法、成核控制法、结晶条件控制法。优选的，步骤（3）中所述结构和形态控制方法是结合酸碱刻蚀改性法、单分散成核方法、取向生长方法。本专利技术的第三目的是这样实现的，所述多元/复合半导体光催化材在光热耦合催化生物质制备航空煤油上的应用，具体包括以下步骤：（1）液体物质制备：将预处理后或不需要预处理的生物质原料A与预处理后或不需要预处理的生物质原料B按(0～10):1的质量比例进行混合（取“0”时，意义是不混合或不添加原料A），获得总生物质原料；然后，溶剂再与总生物质原料按(0～100):1的质量比例进行混合（取“0”时，意义是不混合或不添加溶剂）；最后获得反应体系的液体物质；（2）多相混合：将步骤（1）制备的液体物质与所述多元/复合半导体光催化材料，按(10～200):1的质量比例进行混合，获得液体物质与多元/复合半导体光催化材料多相混合物；（3）光热耦合催化反应：将步骤（2）混合的多相混合物，放入光热耦合反应釜或通入透光管中，在太阳光经聚光后或者模拟太阳光光源或者紫外光形成的辐照强度10～10000kW/m2的照射下，光热耦合反应釜或透光管的温度控制在50～380℃范围内，通入0.1～3MPa的气体，发生光热耦合催化反应，反应时间1～20h，获得航空煤油组分；（4）航空煤油精炼：将步骤（3）催化制备的航空煤油组分，先过滤或离心分离出催化材料，然后在320℃内进行减压蒸馏精炼，获得精炼的航本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料，其特征在于所述多元/复合半导体光催化材料由表面含有氧缺陷位的半导体材料与具有裂解异构功能的酸性物质制备的复合载体，再与具有催化及苎烯脱氢芳构化功能的贵金属活性组分和具有油脂加氢脱氧功能的过渡金属活性组分经合成、结构和形态控制、干燥和研磨制备而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料，其特征在于所述多元/复合半导体光催化材料由表面含有氧缺陷位的半导体材料与具有裂解异构功能的酸性物质制备的复合载体，再与具有催化及苎烯脱氢芳构化功能的贵金属活性组分和具有油脂加氢脱氧功能的过渡金属活性组分经合成、结构和形态控制、干燥和研磨制备而成。


2.一种根据权利要求1所述的光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）复合载体制备：将表面含有氧缺陷位的半导体材料与具有裂解异构功能的酸性物质按(0.01～100):1的质量比例，采用合成方法和控制方法，搅拌混合0.5～72h，制备复合载体；
（2）过滤干燥：将步骤（1）制备的复合载体进行过滤后，在105±5℃下干燥0.5～5h，获得干燥复合载体；必要时，可在300～600℃条件下进行焙烧0.5～10h，获得改性的干燥复合载体；
（3）合成：将贵金属活性组分、过渡金属活性组分和步骤（2）得到的干燥复合载体，按(0.01～100):(0.01～100):1的质量比例，采用合成方法负载贵金属活性组分和过渡金属活性组分，采用结构和形态控制方法控制载体的孔道形态和孔径分布，在100℃以内老化0.5～72h，然后过滤，在105±5℃下干燥0.5～5h和300～600℃下焙烧0.5～24h，制备多元/复合半导体光催化材料；
（4）干燥研磨：将步骤（3）制备的复合载体进行过滤和干燥后，研磨至直径0.02～2mm的颗粒状光催化材料。


3.根据权利要求2所述的光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述半导体材料是指TiO2、WO3、CeO2、ZrO2、V2O5、CeZrO4、La2O3；所述酸性物质是指TiO2-SiO2、ZrO2、磷酸硅铝、分子筛、改性分子筛。


4.根据权利要求2所述的光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述贵金属活性组分是指Pd、Pt；所述过渡金属活性组分是指Mo、V、Zn、Sn、Ga、Zr。


5.根据权利要求2所述的光热耦合催化生物质制备航空煤油用多元/复合半导体光催化材料的制备方法，其特征在于所述合成方法是指浸渍法、溶胶-凝胶法、水(溶剂)热法或固体分散法；所述控制方法是指化学控制法、成核控制法或结晶条件控制法；所述结构和形态控制方法是结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉保，胡良栋，刘莹，徐锐，李明，夏涛，梁承月，赵兴玲，柳静，唐润生，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：云南;53