【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着我国经济的快速发展，能源消耗问题日益严峻。而煤炭由于其储存量丰富，分布范围较广，被视为我国最重要的化石能源之一，然而，在煤炭在热解或气化过程中会产生大量的煤焦油，煤焦油是一种宝贵的资源，而且随着其产能的增加，对其进行大规模利用的需要也越来越迫切。然而，煤焦油具有化学稳定性、热稳定性差和粘度、腐蚀性及密度高等特点，这使得其应用受到极大的限制。因此，需要将煤焦油转化为化学品或者碳氢化合物燃料。轻质芳烃，特别是苯、甲苯、二甲苯、三甲苯和萘，被广泛用作合成橡胶、树脂、纤维、医药、染料和汽油添加剂等重要化工产品的原料。然而，煤焦油中的c-c键非常稳定，导致其转化通常需要在苛刻的条件下克服反应热力学和动力学障碍。采用加氢裂解可实现煤焦油的精制，获得高含量的芳烃。但现有的研究主要采用加氢加压和外加催化剂的方式实现煤焦油向芳烃的转化，工艺流程复杂，还消耗了大量的氢气和溶剂等共反应物。
2、cn107537477a公布了一种pt/tio2催化剂，该催化剂制备流程复杂，且以贵金属pt为活性组分，以含稀有金属的tio2为载体，制备成本高，不适合大规模应用。cn105536860a公开了一种ni2p/zr-mcm41催化剂及其制备方法，该催化剂的制备流程复杂、条件苛责、制备过程中有剧毒磷化氢释放，且制备时间较长，制备方法有待进一步完善。
3、近年来，催化热解技术因其高焦油转化率和低成本优势，被公认为激活c-c键的有效策略。然而
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂及其制备方法与应用。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将废弃生物质在惰性气体下煅烧得到生物质炭，然后加入氮源和强碱混合均匀在co2气体下煅烧，最后洗涤干燥得到氮掺杂生物质炭；
5、(2)将氮掺杂生物质炭浸入过渡金属盐溶液中搅拌、超声，然后依次进行水热反应、干燥、在氢气下煅烧得到氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂。
6、作为本专利技术的优选实施方案，所述废弃生物质为小麦秸秆、烟杆、松针、玉米秸秆中的一种。
7、作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤(1)中，废弃生物质在惰性气体下煅烧的温度为550-900℃，时间为1-2h，升温速率为10-40℃/min，惰性气体的流速为20-150ml/min。
8、惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种。
9、作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤(1)中，在co2气体下煅烧的温度为600-900℃，时间为1-3h，co2的浓度为5％～100％，流速为20～150ml/min。
10、相比于惰性气体，本专利技术步骤(2)在co2中煅烧有利于生物质炭的活化，制备的生物质炭孔径更加发达，比表面积更大，缺陷结构丰富，最重要的是有利于过渡金属活性组分的负载和分散，使得催化剂具有更高的活性。
11、作为本专利技术的优选实施方案，所述氮源为三聚氰胺、尿素、聚乙二醇中的至少一种；所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种；所述生物质炭、氮源和强碱的质量比为2-5：0.2-0.8：1-5。
12、本专利技术将废弃小麦秸秆、三聚氰胺和氢氧化钾通过两步煅烧的手段制备氮掺生物质炭，克服了废弃小麦秸秆、三聚氰胺和氢氧化钾一步煅烧制备的氮掺生物质炭不利于过渡金属活性相的负载和分散，导致催化剂的活性较低的缺点。
13、作为本专利技术的优选实施方案，所述过渡金属盐为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁和硝酸铜中的至少一种，过渡金属盐的质量为氮掺杂生物质炭质量的1-10％。
14、作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤(2)中，搅拌时间为10-30min，超声时间为20-40min；水热反应的温度为150-300℃，时间为12-24h。
15、本专利技术采用水热反应使得制备得到的催化剂更加有利于对煤焦油组分的吸附和活化，且催化剂的活性和稳定性更好。如果缺少水热反应，制备得到的材料芳烃产率和轻质芳烃选择性都显著降低，材料的性能稳定性也会显著降低。
16、作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤(2)中，在氢气下煅烧的温度为700-900℃，时间为30-120min，氢气的浓度为3％-100％，流速为50-100ml/min。
17、本专利技术还要求保护所述氮掺杂碳/过渡金属催化剂的制备方法制备的氮掺杂碳/过渡金属催化剂。
18、本专利技术还要求保护所述氮掺杂碳/过渡金属催化剂在煤焦油催化热解制备芳烃中的应用。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法工艺简单、适合大规模生产，并且制备得到的氮掺杂碳/过渡金属催化剂具有较大的比表面积，氮掺杂和过渡金属改善了催化剂的缺陷结构，促进了电子转移，优化了催化剂的电荷分布，过渡金属颗粒尺寸较小且分布均匀，能够在可在无氢无溶剂条件下实现煤焦油催化热解制备轻质芳烃，体现出高焦油转化率、高轻质芳烃选择性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述废弃生物质为小麦秸秆、烟杆、松针、玉米秸秆中的一种。
3.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，废弃生物质在惰性气体下煅烧的温度为550-900℃，时间为1-2h，升温速率为10-40℃/min，惰性气体的流速为20-150ml/min。
4.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在CO2气体下煅烧的温度为600-900℃，时间为1-3h，CO2的浓度为5％～100％，流速为20～150mL/min。
5.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮源为三聚氰胺、尿素、聚乙二醇中的至少一种；所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种；所述生物质炭、氮源和强碱的质量比为2-5：0.2-0.8：1-5。
6.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭
7.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，搅拌时间为10-30min，超声时间为20-40min；水热反应的温度为150-300℃，时间为12-24h。
8.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在氢气下煅烧的温度为700-900℃，时间为30-120min，氢气的浓度为3％-100％，流速为50-100mL/min。
9.如权利要求1-8任一项所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法制备的氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂。
10.如权利要求9所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂在煤焦油催化热解制备芳烃中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述废弃生物质为小麦秸秆、烟杆、松针、玉米秸秆中的一种。
3.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，废弃生物质在惰性气体下煅烧的温度为550-900℃，时间为1-2h，升温速率为10-40℃/min，惰性气体的流速为20-150ml/min。
4.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在co2气体下煅烧的温度为600-900℃，时间为1-3h，co2的浓度为5％～100％，流速为20～150ml/min。
5.如权利要求1所述氮掺杂生物质炭/过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮源为三聚氰胺、尿素、聚乙二醇中的至少一种；所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种；所述生物质炭、氮源和强碱的...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。