一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法技术

本发明专利技术提供了一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法，该催化剂为三金属混合氧化物催化剂，以铜铝水滑石为骨架，镍原子位于特定的铜铝层板结构上，具有丰富的酸性和碱性催化位点。上述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂能够用于催化纤维素定向转化为复合碳源(回收得到粗甲醇、左旋葡萄糖酮和羧酸)。本发明专利技术提供的镍掺杂的铜铝水滑石催化剂制备工艺简单，利于工业化，同时具有晶相结构完整、酸碱性催化位点多、催化效率高、抗结焦性能强和稳定性好的优点；利用该催化剂催化纤维素热解时能够实现定向转化为复合碳源的功能，且提高了复合碳源的收率和产品价值。且提高了复合碳源的收率和产品价值。且提高了复合碳源的收率和产品价值。

【技术实现步骤摘要】
一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法


[0001]本专利技术属于新型工业催化助剂
，特别涉及一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法。

技术介绍

[0002]在各种可再生能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还在于它是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态、气态燃料、煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源的重要组成部分，生物质能的高效开发利用对解决能源和生态环境问题将起到十分积极的作用。进入20世纪70年代以来，世界各国尤其是经济发达国家都对此高度重视并积极开展生物质能应用技术的研究，也取得了许多研究成果，达到了工业化应用规模。
[0003]中国生物质分布广泛，资源相当丰富，其中仅水稻、玉米、小麦等农作物的总播种面积就达到了1.67亿公顷，这其中产生了相较于粮食产量，数量翻几倍的农作物秸秆资源。但是包括农作物秸秆、木屑等大量生物质能源都被废弃和浪费了，并没有得到有效利用。目前塑料的主要废弃物处理方式有填埋、焚烧等，在全球能源短缺的时代背景下造成了资源能源的浪费和自然环境上的压力。玉米秸秆作为北方最多的生物质固废之一，含有大量的碳质有机物，将玉米秸秆快催化速热解制备甲醇是很有发展前景的处理方式之一。催化快速热解是在原有生物质快速热裂解的工艺基础上，在热化学转化过程中加入催化剂，实现生物质热裂解过程中特定产物的回收及产品的高回收率，从而实现从生物质原料到高价值化学品的“一段式”可能性。
[0004]在中国专利数据库中涉及生物质热解、催化剂制备和应用的专利有专利公开号为CN112063400A的《一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法》、专利公开号为CN112010725A的《一种钌改性分子筛催化纤维素热解制备单环芳烃的方法》、专利公开号为CN112007687A的《一种用于提高生物质催化热解烃类产率的催化剂改性方法》、专利公开号为CN111939980A的《一种用于生物质催化热解的MOF骨架催化剂的制备方法》等，这些专利中涉及的方法各具特色，但工艺均较复杂，而且制备的产品价值较低，整体工艺成本较高，未能实现工业化。同时现有技术中用到的催化剂如沸石分子筛、氧化铝、铜系催化剂等，虽然取得较好的甲醇收率，但是甲醇品质较低含有较多其他可凝性气，且催化剂稳定性较低，容易结焦失活。因此，改善制备方法、提高产品品相和开发出酸碱双性活性中心的催化剂对于提升生物质热解机制具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，该催化剂制备工艺简单，利于工
业化，同时具有晶相结构完整、酸碱性催化位点多、催化效率高、抗结焦性能强和稳定性好的优点；该催化剂催化纤维素热解时能够实现定向转化为复合碳源的功能，且提高了复合碳源的收率和产品价值。
[0006]实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：
[0007]一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，所述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂为三金属混合氧化物催化剂，以铜铝水滑石为骨架，镍原子位于特定的铜铝层板结构上，具有丰富的酸性和碱性催化位点；所述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂为采用以下方法所制备的：
[0008](1)、在搅拌条件下将硝酸镍、硝酸铜和硝酸铝溶于水中，配制金属盐混合溶液A，其中硝酸铜与硝酸铝的摩尔比为1:1～3:1，硝酸铜与硝酸铝的总摩尔量与硝酸镍的摩尔量的比值为5:1～10:1；
[0009](2)、向溶液A中加入碱溶液调节PH至9～12，搅拌后配制成悬浮液A；
[0010](3)、将悬浮液A倒入反应釜中，并在90～120℃的条件下晶化，晶化时间18～24h，晶化完成后倒出反应液进行离心、洗涤和干燥后得到镍掺杂的铜铝水滑石前驱体；
[0011](4)、将镍掺杂的铜铝水滑石前驱体在350～550℃的无氧环境下锻烧，锻烧时间为0.5～3h，锻烧完成后，冷却至室温后即得到镍掺杂的铜铝镍掺杂的铜铝水滑石催化剂。
[0012]所述步骤(2)的碱溶液为氢氧化钠溶液，浓度为0.01～0.05mol/L。
[0013]所述步骤(3)中的反应釜带有聚四氟乙烯内衬。
[0014]所述步骤(4)中的锻烧设备为管式炉。
[0015]所述步骤(4)中的无氧环境为氮气环境。
[0016]所述的镍掺杂的铜铝水滑石催化剂在催化纤维素定向转化为复合碳源中的用途。
[0017]上述将纤维素定向转化制备复合碳源的方法，包括以下步骤：
[0018](1)、将镍掺杂的铜铝水滑石催化剂与生物质混合碾磨成颗粒后得到生物质热解前体，其中镍掺杂的铜铝水滑石催化剂与生物质的质量比为0.025～0.045；
[0019](2)、将生物质热解前体放入高压反应釜，并在4～6MPa，200～300℃的条件下热解，热解时间为0.2～0.5h；
[0020](3)、热解完成后，冷凝回收得到粗甲醇、左旋葡萄糖酮和羧酸，即复合碳源。
[0021]所述步骤(1)中的生物质为玉米秸秆。
[0022]所述步骤(1)中的生物质热解前体的粒度为20～50目。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过金属镍掺杂铜铝制成水滑石前驱体，再通过锻烧制成镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，制备工艺简单，工业化简便，经济高效适合推广应用；2、本专利技术提供的镍掺杂的铜铝水滑石催化剂因其以铜铝水滑石为骨架，镍原子位于铜铝层板上的结构特点，使得镍掺杂的铜铝水滑石催化剂具有比表面积高和酸性中心位点多的结构特点，显著提升了催化效率，同时更多的碱性位点吸附活化了热解过程中产生的焦炭气体，抗结焦性能优越，从而提高了产品价值，催化剂的稳定性也得到了显著提高，可以回收循环利用，降低了生产成本；3、本专利技术提供的镍掺杂的铜铝水滑石催化剂用于纤维素热解时可促进其定向转化为粗甲醇、左旋葡萄糖酮和羧酸，达到了人为可调控的效果，同时通过镍掺杂的铜铝水滑石催化剂的层板结构和化学组成的特性，使得生物质在热解过程中达到了热解时间短，热解速率高且制备而成的复合碳源中杂质较少的效果，尤其提高了甲醇的收率和产品品相，从而提高了生物质的利用率，改善了生物质热解的
反应机制。
附图说明
[0024]图1：实施例1所得镍掺杂的铜铝水滑石催化剂的XRD图谱；
[0025]图2：实施例1所得镍掺杂的铜铝水滑石催化剂的SEM图谱。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。
[0027]实施例1
[0028]本实施例中镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法具体步骤如下：
[0029](1)在搅拌条件下将硝酸镍、硝酸铜和硝酸铝溶于水中，配制成金属混合盐溶液A，溶液中硝酸铜与硝酸铝的摩尔比为1:1，硝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，其特征在于：所述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂为三金属混合氧化物催化剂，以铜铝水滑石为骨架，镍原子位于特定的铜铝层板结构上，具有丰富的酸性和碱性催化位点；所述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂为采用以下方法所制备的：(1)、在搅拌条件下将硝酸镍、硝酸铜和硝酸铝溶于水中，配制金属盐混合溶液A，其中硝酸铜与硝酸铝的摩尔比为1:1～3:1，硝酸铜与硝酸铝的总摩尔量与硝酸镍的摩尔量的比值为5:1～10:1；(2)、向溶液A中加入碱溶液调节PH至9～12，搅拌后配制成悬浮液A；(3)、将悬浮液A倒入反应釜中，并在90～120℃的条件下晶化，晶化时间18～24h，晶化完成后倒出反应液进行离心、洗涤和干燥后得到镍掺杂的铜铝水滑石前驱体；(4)、将镍掺杂的铜铝水滑石前驱体在350～550℃的无氧环境下锻烧，锻烧时间为0.5～3h，锻烧完成后，冷却至室温后即得到镍掺杂的铜铝水滑石催化剂。2.根据权利要求1所述的一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，其特征在于：所述步骤(2)的碱溶液为氢氧化钠溶液，浓度为0.01～0.05mol/L。3.根据权利要求1所述的一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟，刘明，卢同波，钟雄，
申请(专利权)人：北京神舟茂华环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：