一种高活性Ni-Co双金属催化剂的制备及其在木质素催化加氢裂解方面的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种高活性Ni

【技术实现步骤摘要】
一种高活性Ni
‑
Co双金属催化剂的制备及其在木质素催化加氢裂解方面的应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备和生物质转化
，具体涉及一种高活性Ni
‑
Co双金属催化剂的制备及其在木质素催化加氢裂解方面的应用。

技术介绍

[0002]木质素是由三种苯丙烷结构单元通过C
‑
C键和C
‑
O键随机键合形成的三维高分子聚合物，也是自然界中唯一能提供芳香族化合物的可再生资源。独特的化学结构为木质素在一定程度上取代化石资源制备燃料和化学品提供了可能。通过对木质素进行加氢处理，断裂结构单元间的共价键，可实现木质素解聚为小分子化合物。通过氢解法实现木质素的高值化利用不仅能够为下游工业提供可再生的芳香类碳氢资源，同时还能大幅提升木质素的利用效率和经济效益。但在木质素转化过程中，通过贯彻绿色化学的原则，设计合适的新型催化体系和制备筛选高效催化剂至关重要。
[0003]传统的加氢裂解过程通常采用高压氢气作为氢源。目前氢气主要产自化石资源，这不仅导致碳足迹显著增加，还会引起芳香族产物过度加氢降低芳香族化合物的选择性。因此减少高压氢气的使用，提高产品选择性和木质素解聚的整体效率尤为重要。木质素加氢裂解过程中合适的催化体系既能促进木质素的解聚，又能抑制副反应的发生，从而提高氢解产物的选择性。常见的贵金属催化剂如钌、钯和铑等在木质素氢解过程中具有较好的催化性能，但其应用于工业生产的成本过高，导致无法大规模使用。过渡金属催化剂如镍、钴和铜等具有与贵金属相似的催化活性，并且经济性能好、含量丰富且来源广而得到了广泛关注。然而目前报道的此类催化剂依然存在制备过程繁杂、难以重复利用且木质素氢解产物收率和选择性低、易结焦等问题。因此制备新型高效的非贵金属催化剂，提高木质素氢解产物的收率和选择性，实现温和条件下木质素特征化学键的断裂及强化木质素定向氢解制备化学品的过程是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术不足问题，本专利技术提供一种高活性Ni
‑
Co双金属催化剂的制备及其在木质素催化加氢裂解方面的应用，该催化剂具有优异的加氢能力、选择性高以及成本低等优点，对于木质素的加氢裂解反应，以异丙醇为反应溶剂，在无外部氢源的条件下实现了木质素的解聚。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种高活性Ni
‑
Co双金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：称取九水硝酸铝、六水硝酸钴和六水硝酸镍中加入去离子水中，金属盐溶液浓度为0.09～0.1g/mL，二价盐与三价盐摩尔比为2:1，所述金属盐溶液均在室温下搅拌至分散均匀；
[0008]S2：称取碳酸钠和氢氧化钠加入去离子水中，所配溶液中碳酸钠的浓度为0.02～0.03g/mL，氢氧化钠的浓度为0.08～0.1g/mL，所配溶液均在室温条件下搅拌至分散均匀；
[0009]S3：室温条件下边搅拌边将步骤S1所述金属盐溶液逐滴加入步骤S2所制溶液中，所得悬浊液在50～60℃条件下晶化12～13h；
[0010]S4：离心分离步骤S3所得悬浊液，沉淀物用去离子水洗至中性，干燥处理后所得固体研磨至粉末，在400～800℃温度条件下煅烧2～4h；冷却至室温后通入氢气还原，即可得高活性Ni
‑
Co双金属催化剂。
[0011]优选地，步骤S1中，所述催化剂中镍、钴和铝的摩尔比为1:3:2，催化剂记为Ni0.5Co1.5Al。
[0012]优选地，步骤S2中，所述碳酸钠与氢氧化钠的摩尔比为1:10。
[0013]优选地，步骤S4中的煅烧为置于马弗炉煅烧，煅烧条件为升温速率为2～5℃/min。
[0014]优选地，步骤S4中通入氢气的流量为60
‑
80mL/min，还原温度设置为500
‑
600℃。
[0015]本专利技术的另一目的是高活性Ni
‑
Co双金属催化剂在木质素加氢裂解方面的应用，包括以下步骤：
[0016]S5：按照比例称取反应底物和催化剂加入反应体系中，加入反应溶剂，用氮气置换反应釜中空气，重复置换三次后充入0.5～1.0MPa氮气，所述反应体系中，反应物的浓度为2mg/mL～20mg/mL，催化剂的浓度为0.4mg/mL～4mg/mL；
[0017]S6：步骤S5中反应釜温度设置180
‑
300℃，反应结束后冷却至室温，收集釜内气体，过滤分离催化剂，通过表征分析产物分布。
[0018]优选地，所述反应底物包括2
‑
苯氧基
‑1‑
苯乙醇和木质素中的任一一种。
[0019]优选地，所述反应溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种。
[0020]优选地，步骤S5中升温速率设置为8～10℃/min，转速设置为220～300r/min，反应时间设置为1～10h。
[0021]优选地，转化后所得产物使用GC
‑
MS进行检测分析，木质素模型化合物完全转化为芳烃单体和环己醇。
[0022]优选地，该催化加氢裂解反应的产物主要为芳烃单体，木质素油产率为14.56～43.30wt％，愈创木酚选择性为39.98～47.96wt％。
[0023]优选地，分离后得到的催化剂在真空干燥箱干燥后可重复使用，反应步骤同上述步骤S5～S6。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]1.本专利技术的Ni0.5Co1.5Al催化剂通过共沉淀
‑
煅烧
‑
还原方法制备，制备过程简单且成本低，具有高活性和选择性，能够实现温和条件下木质素模型化合物和木质素的加氢裂解转化，且催化剂具有磁性便于回收利用，为反应后处理提供了极大的便利；
[0026]2.本专利技术制备的催化剂能够以低碳醇为溶剂和氢源，在无外部氢源的条件下实现温和条件下C
‑
C和C
‑
O键的裂解以及木质素催化加氢裂解。与涉及氢气的加氢反应相比，一方面减少了竞争性反应和芳环的过度氢化，另一方面降低了能量输入和对设备的要求。
[0027]3.本专利技术所述催化剂颗粒粒径小，活性组分分散均匀，在催化木质素转化过程中具有催化反应活性强，选择性高等优点。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例1中制备的NixCoyAl催化剂的X射线衍射图；
[0030]图2为本专利技术实施例1制备的Ni0.5Co1.5Al催化剂的扫描电镜能谱图；
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高活性Ni
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Co双金属催化剂，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：S1：称取九水硝酸铝、六水硝酸钴和六水硝酸镍中加入去离子水中，金属盐溶液浓度为0.09～0.1g/mL，二价盐与三价盐摩尔比为2:1，所述金属盐溶液均在室温下搅拌至分散均匀；S2：称取碳酸钠和氢氧化钠加入去离子水中，所配溶液中碳酸钠的浓度为0.02～0.03g/mL，氢氧化钠的浓度为0.08～0.1g/mL，所配溶液均在室温条件下搅拌至分散均匀；S3：室温条件下边搅拌边将步骤S1所述金属盐溶液逐滴加入步骤S2所制溶液中，所得悬浊液在50～60℃条件下晶化12～13h；S4：离心分离步骤S3所得悬浊液，沉淀物用去离子水洗至中性，干燥处理后所得固体研磨至粉末，在400～800℃温度条件下煅烧2～4h；冷却至室温后通入氢气还原，即可得高活性Ni
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Co双金属催化剂。2.如权利要求1所述的一种高活性Ni
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Co双金属催化剂，其特征在于，步骤S1中，所述催化剂中镍与钴的摩尔比为1:3，所述催化剂记为Ni0.5Co1.5Al。3.如权利要求1所述的一种高活性Ni
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Co双金属催化剂，其特征在于，步骤S2中，所述碳酸钠与氢氧化钠的摩尔比为1:10。4.如权利要求1所述的一种高活性Ni
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Co双金属催化剂，其特征在于，步骤S4中的煅烧为置于马弗炉煅烧，煅烧条件为升温速率为2～5℃/min。5.如权利要求1所述的一种高活性Ni
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Co双金属催化剂，其特征在于，步骤S4中通入氢气的流量为60～80mL/min，还原温...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵云鹏，付宗品，肖剑，仇乐乐，梁静，柳方景，曹景沛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：