一种制备碳基载体的方法及其应用技术

本申请公开了一种制备碳基载体的方法及其应用，制备碳基载体的方法包括以下步骤：(S1)将生物质碳源在非活性气体氛围下，炭化，得到生物质炭；(S2)将生物质炭、活化试剂、乙醇和水的混合物混合均匀，干燥；(S3)将干燥后的混合物在非活性气体氛围下，活化，酸溶液处理，得到所述具有高比表面积的碳基载体。该方法将废弃羽毛球的羽毛收集并炭化，经活化后负载Pd纳米颗粒，应用于以甲酸为氢源的5

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳基载体的方法及其应用


[0001]本申请涉及一种制备碳基载体的方法及其应用，属于环境保护和催化剂领域。

技术介绍

[0002]随着羽毛球运动的不断兴起，羽毛球作为一种消耗品源源不断的被生产和消耗。2019年开始，我国开始正式施行“垃圾分类”管理条例。分类的目的就是为了将废弃物分流处理，利用现有生产制造能力，回收利用回收品，包括物质利用和能量利用，填埋处置暂时无法利用的无用垃圾。然而，废弃羽毛球作为一种不可回收垃圾，其具有难降解、焚烧产生有害气体等特点，如何利用现有技术对其回收利用，使其“变废为宝”变得十分有意义。
[0003]2,5
‑
二甲基呋喃(DMF)是一种极具前景的生物质燃料。目前，2,5
‑
二甲基呋喃主要通过Pd/C催化5
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羟甲基糠醛(HMF)加氢制备而得。然而，该反应通常需要较高的反应温度和压力，不仅降低了反应的安全系数并增加了生产成本，而且还导致HMF过渡加氢产生了较多的副产物。此外，不可再生性及其易燃易爆特性使氢气在加氢脱氧应用中受到限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种碳基载体的制备方法，其可以制备碳基催化剂。将废弃羽毛球的羽毛收集并炭化，经活化后制备了具有高比表面积(S
BET
＝1359m2/g)的多级孔碳材料，进一步负载Pd纳米颗粒，应用于以甲酸为氢源，5
‑
羟甲基糠醛制备2,5
‑
二甲基呋喃的反应。废弃羽毛球的利用不仅使废弃物得到重新利用，还减少了羽毛垃圾处理时产生的有害气体的排放。在5
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羟甲基糠醛制备2,5
‑
二甲基呋喃反应过程中，使用甲酸代替氢气使得反应条件更温和，避免了高温高压条件，减少了生产成本，提高了产物的选择性和产率。这对生物碳资源的开发和生物质资源高值化利用具有重要的理论和实际意义。
[0005]根据本申请的第一方面，提供了一种制备碳基载体的方法。
[0006]一种制备碳基载体的方法，包括以下步骤：
[0007](S1)将生物质碳源在非活性气体氛围下，炭化，得到生物质炭；
[0008](S2)将生物质炭、活化试剂、乙醇和水的混合物混合均匀，干燥；
[0009](S3)将干燥后的混合物在非活性气体氛围下，活化，酸溶液处理，得到所述碳基载体。
[0010]可选地，所述生物质碳源选自动物性生物质碳源中的至少一种。
[0011]可选地，所述动物性生物质碳源选自羽毛。
[0012]可选地，所述羽毛来源于废弃羽毛球。
[0013]可选地，所述(S1)步骤中，炭化的条件为：升温至220～240℃保持8～10h，而后升温至450～500℃保持1～3h。
[0014]可选地，炭化的条件为：升温至220℃保持8h，而后升温至450℃保持1h。
[0015]可选地，所述(S2)步骤中，所述活化试剂选自KOH、NaOH的至少一种。
[0016]可选地，所述活化试剂选自KOH。
[0017]可选地，所述(S2)步骤中，活化试剂和生物质炭的质量比为0:1～5:1。
[0018]可选地，活化试剂和生物质炭的质量比独立地选自0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0019]优选地，活化试剂和生物质炭的质量比为3:1。
[0020]可选地，所述(S2)步骤中，乙醇和水的体积比为1:4～1:9。
[0021]可选地，所述(S2)步骤中，生物质炭和混合溶液的质量体积比为：1g：5～10mL；
[0022]所述混合溶液为乙醇和水。
[0023]可选地，所述(S3)步骤中，活化的条件为：活化温度为700～900℃，活化时间为1～3h。
[0024]可选地，活化的条件为：活化温度为800℃，活化时间为1h。
[0025]可选地，所述非活性气体选自氮气、氦气、氩气中的至少一种。
[0026]可选地，所述(S3)步骤中，所述酸溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液中的至少一种。酸溶液可以中和活化试剂。
[0027]可选地，所述酸溶液为盐酸溶液。
[0028]可选地，所述盐酸溶液的浓度为0.5～1mol/L。
[0029]可选地，酸溶液处理后还包括洗涤、干燥的步骤。
[0030]可选地，所述碳基载体具有多级孔道结构，且同时具有微孔、介孔和大孔结构。
[0031]作为一种具体的实施方式，所述方法包括以下步骤：
[0032](1)首先将废弃羽毛球的羽毛收集，在氮气氛围中炭化，制成羽毛炭(FC)；
[0033](2)在炭化的羽毛炭中加入活化试剂，将乙醇和水的混合溶液加入到羽毛炭和活化剂的混合物中搅拌均匀，并放置烘箱内烘干；
[0034](3)将烘干的羽毛炭/活化剂混合物置于氮气氛围中活化，制成活化的羽毛炭(AFC)；
[0035](4)用酸溶液中和活化后的羽毛炭，并在烘箱内烘干，得到所述碳基载体。
[0036]根据本申请的第二方面，提供一种碳基载体。
[0037]上述所述的方法制备得到的碳基载体。
[0038]可选地，所述碳基载体为多级孔碳基载体。
[0039]可选地，所述碳基载体具有微孔、介孔和大孔结构。
[0040]可选地，所述碳基载体的比表面积S
BET
为1085～2856m2/g。
[0041]可选地，所述碳基载体的比表面积S
BET
为1359m2/g。
[0042]根据本申请的第三方面，提供一种Pd/AC催化剂的制备方法。
[0043]一种Pd/AC催化剂的制备方法，向碳基载体加入Pd盐溶液，还原，得到所述Pd/AC催化剂；
[0044]所述碳基载体选自上述所述的方法制备得到的碳基载体中的至少一种。
[0045]可选地，所述Pd盐为Na2PdCl4。
[0046]可选地，所述还原的还原剂为NaBH4。
[0047]可选地，向碳基载体加入Na2PdCl4溶液搅拌均匀，用NaBH4溶液还原Pd
2+
，制成Pd/AC催化剂。
[0048]可选地，NaBH4与Na2PdCl4的摩尔比为4:1～6:1。
[0049]可选地，将碳基载体加水制成悬浮液后再加入Na2PdCl4溶液。
[0050]具体地，取一定量碳基载体加入水中超声制成悬浮液，加入Na2PdCl4溶液搅拌均匀后，用新鲜配置的NaBH4溶液还原Pd
2+
，制成Pd/AC催化剂。
[0051]根据本申请的第四方面，提供一种Pd/AC催化剂。
[0052]上述方法制备得到的Pd/AC催化剂。
[0053]可选地，所述Pd/AC催化剂中，Pd的粒径为2.0～7.0nm。
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碳基载体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)将生物质碳源在非活性气体氛围下，炭化，得到生物质炭；(S2)将生物质炭、活化试剂、乙醇和水的混合物混合均匀，干燥；(S3)将干燥后的混合物在非活性气体氛围下，活化，酸溶液处理，得到所述碳基载体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质碳源选自动物性生物质碳源；优选地，所述动物性生物质碳源选自羽毛。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(S1)步骤中，炭化的条件为：升温至220～240℃保持8～10h，而后升温至450～500℃保持1～3h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(S2)步骤中，所述活化试剂选自KOH、NaOH中的至少一种；优选地，所述(S2)步骤中，活化试剂和生物质炭的质量比为1:1～5:1；优选地，所述(S2)步骤中，乙醇和水的体积比为1:4～1:9；优选地，所述(S3)步骤中，活化的条件为：活化温度为700～900℃，活化时间为1～3h。5.权利要求1
‑
4任一项所述的方法制备得到的碳基载体，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，赵玺，杨勇，吕明鑫，郝盼盼，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：