一种生物基介孔炭材料催化CO2加氢制备液体燃料的方法技术

本发明专利技术提出了一种生物基介孔炭材料催化CO2加氢制备液体燃料的方法，属于生物质催化转化技术领域。本发明专利技术利用生物基介孔炭材料对生物质热解尾气中的CO2进行加氢反应从而制备液体燃料及化学品。同时，本发明专利技术以来源广泛、价格低廉并且可再生的生物质为原料，绿色环保，工艺简单。介孔炭材料作为CO2加氢催化剂时，可使反应在较温和的反应条件下进行，具有很强的实用性；同时制备所得液体燃料等相关化学品。同时制备所得液体燃料等相关化学品。同时制备所得液体燃料等相关化学品。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基介孔炭材料催化CO2加氢制备液体燃料的方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备技术，具体是一种生物基介孔炭材料催化CO2加氢制备液体燃料的方法。

技术介绍

[0002]自前工业化时期至今，由温室气体引起的全球变暖以及一系列不利后果严重威胁着人类的生存环境，如粮食产量下降、生物多样性遭到破坏、海平面上升甚至损害人类健康等。其中，人为排放引起大气中二氧化碳浓度增加是温室效应增加的主要因素。因此，遏制二氧化碳排放是全人类面临的紧迫任务。
[0003]目前应对二氧化碳排放的策略主要有两种：碳捕集与封存(CCS)和碳捕集与利用(CCU)。与CCS相比，CCU是一种更环保、更科学的控制二氧化碳排放的方法。二氧化碳捕集后，利用可再生能源将二氧化碳转化为液体燃料，使二氧化碳不再作为废物处理，而是作为替代碳原料处理，实现二氧化碳减排利用。在解决二氧化碳排放和能源短缺问题上具有巨大的经济价值和工业应用前景。
[0004]二氧化碳的化学转化具有多样性。其中合成甲醇的研究取得了很好的结果，甲醇被认为是理想的清洁可替代能源，本身也是内燃机、燃料电池、炉灶等的优良燃料。近年来，生物柴油的生产对甲醇的需求量也在逐渐攀升。另一种可能性是生产二甲醚，这也是一种清洁燃烧的燃料，有可能成为柴油的替代品。乙醇和甲酸的形成可以作为燃料电池的原料，为从二氧化碳中储存能量并产生电力提供了途径。
[0005]由于炭材料的独特结构，使其作为一类催化新材料引起人们的极大关注。炭材料具备较大的比表面积，具有特殊的电子效应和表面效应，从而得到较优越的氢气吸附能力，非常适合作为储氢的材料，加之炭材料的价格低廉，化学性能稳定，使之在能量储存与转化、生物医药、催化应用和功能材料等领域有着巨大的应用潜力应用前景广泛。
[0006]但未活化的生物质炭材料通常孔隙特性相对较差，限制了其在催化等各方面的应用。因此，对生物质炭材料进行改性，以制备出性能更好的介孔炭载体具有重要的研究意义，也是将CO2高效定向转化为液体燃料的关键。为了解决上述问题，还选用不同的金属离子对介孔炭载体进行负载，为更好的进行生物基介孔炭材料的改性研究，以制备出性能更优异的生物基介孔炭材料，扩大其应用范围。在实际应用方面，还可以通过燃烧介孔炭材料的办法从不能再生的废旧催化剂中回收贵金属，具备经济应用前景。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种CO2转化率高、目标产物产率高、成本低廉，工艺可操作性强、具有良好工业化应用前景的催化剂制备方法。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种催化CO2加氢制备液体燃料的介孔炭材料由以下方法得到，首先将生物质原料热解制得炭材料前驱体，经化学活化，调控炭材料前驱体和活化剂的用量，以及碳化温度和碳化时间，得到相应的介孔炭载体，再通过浸渍法进行金属离子的
负载，最终经空气焙烧制得所述介孔炭材料。
[0009]所述生物质原料为：竹粉、棉秆、木屑、甘蔗渣、秸秆、椰壳、玉米芯中的一种。
[0010]所述惰性气体为：氮气、氩气中的一种。
[0011]所述升温速率为：10～20℃/min。
[0012]所述化学活化试剂为：氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸、氯化锌中的一种；所述生物质原料和化学活化试剂的质量比为：1：0.5～1.5。
[0013]所述粒径范围为：0.25～0.65mm。
[0014]所述负载的金属原子为铜、铁、钴、钯、铂或银中的一种；和/或，所述负载的金属盐为硝酸铜、硝酸铁、硝酸钴、硝酸钯、硝酸铂或硝酸银中的一种；所述介孔炭载体与负载金属质量百分比为3～20wt％。
[0015]所述样品置于烘箱干燥12～24h，所述干燥温度60～80℃。
[0016]所述热解条件为在200～450℃；所述碳化的温度为500～900℃；碳化时间为1～2h；所述空气焙烧条件为350～550℃。
[0017]所述介孔碳材料平均孔径为2～6nm。
[0018]所述的液体燃料产物为甲醇、甲酸、甲烷、乙醇、二甲醚中的一种。
[0019]有益效果：
[0020]1、本专利技术方法以生物质为原料，本专利技术利用炭材料的优异的比表面积，促进反应的传质过程。在通过金属负载实现催化剂改性，增强其对目标产物的催化转化。本专利技术的结果和结论有助于合理设计工业加氢催化剂。生物质原料来源广泛，成本低廉，工艺简单且可行性强。制得的催化剂目标产物产率高。
[0021]2、本专利技术方法对生物质原料没有特殊要求，可适应于各种原料来源的生物质，如：竹粉、棉秆、木屑、甘蔗渣、秸秆、玉米芯等。原料来源广泛，极大降低了催化剂合成的工业成本。
[0022]3、本专利技术方法工艺简单且可操作性强，制得的催化剂具有优良的催化转化性能，且目标产物的产率高。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的工艺流程图。
具体实施方式
[0024]下面以实施例来说明上述反应过程。
[0025]一种催化CO2加氢制备液体燃料的介孔炭材料由以下方法得到，首先将生物质原料热解制得炭材料前驱体，经化学活化，调控炭材料前驱体和活化剂的用量，以及碳化温度和碳化时间，得到相应的介孔炭载体，再通过浸渍法进行金属离子的负载，最终经空气焙烧制得所述介孔炭材料。
[0026]一种催化CO2加氢制备液体燃料的介孔炭材料的制备，包括以下步骤：称取一定量的生物质原料，进行初步的切碎、洗净、干燥、研磨等预处理，然后将研磨所得的粉末置于石英舟中，在管式炉惰性气体气氛下以一定的升温速率升至终温进行热解处理。保持一定时间后，待管式炉温度降为室温时，制得炭材料前驱体。所得炭材料前驱体进行筛分，选取一
定粒径范围内的颗粒，利用化学活化剂按一定的比例进行浸渍，后经不同碳化温度和碳化时间制得相应介孔炭载体；再通过浸渍法进行金属离子的负载，然后将样品在一定温度下进行干燥处理，最后在空气气氛中焙烧得到介孔炭材料。
[0027]所述的生物质原料为竹粉、棉秆、木屑、甘蔗渣、秸秆、椰壳、玉米芯中的一种；
[0028]所述惰性气体为：氮气、氩气中的一种。
[0029]所述升温速率为：10～20℃/min。
[0030]所述化学活化试剂为：氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸、氯化锌中的一种。
[0031]所述生物质原料和化学活化试剂的质量比为：1：0.5～1.5。
[0032]所述粒径范围为：0.25～0.65mm。
[0033]所述负载的金属原子为铜、铁、钴、钯、铂或银中的一种；和/或，所述负载的金属盐为硝酸铜、硝酸铁、硝酸钴、硝酸钯、硝酸铂或硝酸银中的一种。
[0034]所述介孔炭载体与负载金属质量百分比为3～20wt％。
[0035]所述样品置于烘箱干燥12～24h，所述干燥温度60～80℃。
[0036]所述热解条件为在200～450℃。
[0037]所述碳化的温度为500～900℃。
[0038]所述碳化时间为1～2h。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基介孔炭材料，其特征在于，由以下方法得到，首先将生物质原料热解制得炭材料前驱体，经化学活化，调控炭材料前驱体和活化剂的用量，以及碳化温度和碳化时间，得到相应的介孔炭载体，再通过浸渍法进行金属离子的负载，最终经空气焙烧制得所述介孔炭材料；介孔炭载体与负载金属质量百分比为3～20wt％；所述介孔碳材料平均孔径为2～6nm。2.权利要求1所述的一种生物基介孔炭材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：生物质原料在惰性气体环境下，以10～20℃/min升温速率至指定终温，并保持一定时间，然后继续在惰性气体氛围下冷却到室温制得炭材料前驱体；第二步：第一步所得的炭材料前驱体进行筛分，选取0.25～0.65mm的颗粒，化学活化剂按比例进行浸渍，后经不同碳化温度和碳化时间制得相应的介孔炭载体；第三步：第二步所得的介孔炭载体通过浸渍法按照一定的质量比进行金属离子的负载，然后将样品在一定温度下进行干燥处理，最后在空气氛围下焙烧得到所述介孔碳材料。3.根据权利要求2所述的一种生物基介孔炭材料的制备方法，其特征在于：所述生物质原料为：竹粉、棉秆...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋剑春，潘雪媛，王奎，孙昊，叶俊，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：