一种生物炭负载钌-硼催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物炭负载钌

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭负载钌
‑
硼催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种生物炭负载钌
‑
硼催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]相比较化石能源，生物质能源具有污染少
、
可再生
、
成本低
、
碳中性
、
生长周期相对较短和原料丰富等特点
。
在生物质中，木质素是一种储量丰富
、
成本低
、
利用率低的含碳可再生生物质资源，在全球化石资源储量有限和对解决能源危机的驱动下，将木质素高效转化为高质量燃料和高附加值化学品具有极大的应用价值
。
[0003]木质素作为生物质含量最丰富的成分是制备燃料添加剂的重要原料，其结构中的初级单元是由富电子的苯基丙醇：香豆素醇
、
针叶树醇和
sinapyl
醇，通过不同
C
‑
O
键和
C
‑
C
键连接组成的多种难降解聚合网络，这使得
C
‑
O
键和
C
‑
C
键的选择性裂解成为木质素降解的关键和挑战
。
[0004]由于长链醇相对乙醇作为汽油代替物的优势，生物法制造长链醇是近几年来生物能源领域的一个研究热点
。
然而除了丁醇生物制造外，目前国外关于生物法制造其他长链醇的报道很少
。
因此，因此开发绿色
、
高效催化剂定向断裂木质素
C
‑
O
键制备富含长链状醇
(C
6+
醇类
)
的液体燃料是木质素高效利用的研究热点
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种能够催化转化木质素制备长链状醇的生物炭负载钌
‑
硼催化剂及其制备方法和应用
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种生物炭负载钌
‑
硼催化剂，包括载体和负载在载体上的活性组分，所述载体为以木质素为炭源前驱体制成的生物炭，所述活性组分为硼和钌团簇
。
[0007]进一步地，以硼
、
钌和木质素为原料总计，硼的用量为5～
15wt
％，钌的用量为1～
6wt
％，木质素的用量为余量
。
[0008]本专利技术还提供上述生物炭负载钌
‑
硼催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、
催化剂前体的制备：将木质素粉末加入到去离子水中，制成木质素悬浊液，将四丙基氢氧化铵加入到去离子水中，制成四丙基氢氧化铵溶液；将四丙基氢氧化铵溶液和木质素悬浊液混合，搅拌处理后加入硼源和钌源，再次搅拌处理，之后蒸干水分，将所得固体产物干燥处理，得到催化剂前体；
[0010]S2、
催化剂的制备：将催化剂前体置于氮气氛围下高温煅烧处理，进行多温度梯度退火处理，即得所述催化剂
。
[0011]进一步地，步骤
S1
中，木质素与四丙基氢氧化铵的质量比为1：2～6；两次搅拌处理条件均为：温度
45
～
75℃
，时间1～
6h
；蒸干温度为：温度
85
～
95℃
；干燥处理条件为：温度
105℃
，时间
48h。
[0012]进一步地，步骤
S1
中，所述硼源为硼酸，所述钌源为乙酰丙酮钌
。
[0013]进一步地，步骤
S2
中，煅烧处理条件为：在氮气氛围下以1～
6℃/min
升温速率升温至
850
～
900℃
煅烧
6h
；多温度梯度退火处理条件为：依次在
800
～
700℃
下恒温处理
30min、700
～
400℃
下恒温处理
30min、400
～
200℃
下恒温处理
30min
，之后自然降温至室温
。
[0014]本专利技术还提供上述生物炭负载钌
‑
硼催化剂在催化转化木质素制备长链状醇中的应用
。
[0015]本专利技术还提供一种催化转化木质素制备长链状醇的方法，包括以下步骤：在无水乙醇体系中，氮气氛围下，以木质素为原料，加入如权利要求1或2所述的催化剂进行反应，反应结束后，得到固液混合相的反应物，再经产物分离即可获得所述长链状醇
。
[0016]本专利技术所述的长链状醇为
C
6+
醇类，即含有至少六个碳的醇类
。
[0017]进一步地，反应条件为：温度
260
～
320℃、
时间1～
24h。
[0018]进一步地，产物分离的具体操作过程为：对反应物进行抽滤，得到液相产物，对液相产物进行液相萃取去除大分子杂质，然后将对萃取后的液相产物进行旋蒸去除乙醇和水相，之后加入提纯溶剂，溶解后过滤处理，最后将过滤处理得到的滤液蒸发去除提纯剂
。
[0019]进一步地，产物分离的具体操作过程中，液相萃取处理所用的萃取剂为二甲基亚砜和二氯甲烷按体积比
1:1
的比例混合得到的混合溶剂
。
[0020]进一步地，产物分离的具体操作过程中，旋蒸处理的温度条件为
50℃、
转速条件为
40
～
90r/min。
[0021]进一步地，产物分离的具体操作过程中，提纯溶剂为丙酮和乙酸乙酯按体积比
1:4
的比例混合得到的混合溶剂
。
[0022]进一步地，产物分离的具体操作过程中，蒸发处理的温度条件为
39.5
～
49.5℃。
[0023]本专利技术催化剂采用生物质炭作为载体，硼和钌团簇作为活性组分，可增强催化剂裂解木质素的能力；生物炭中的碳原子以
sp2
杂化为主，同时
sp2
杂化的六方晶格结构在经过弯曲以及缺陷改性后可以形成一些
sp3
杂化键，使得碳材料同时具有
sp2
和
sp3
杂化态
。
同时，引入钌贵金属以及硼
(B)
原子，弱电负性
B
配体
(2.04)
取代局部
sp3
杂化碳原子，进而可能导致
Ru
团簇位点中心的电子密度增加，加强
Ru
中心与木质素解聚中间体之间的键合
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物炭负载钌
‑
硼催化剂，其特征在于，包括载体和负载在载体上的活性组分，所述载体为以木质素为炭源前驱体制成的生物炭，所述活性组分为硼和钌团簇
。2.
如权利要求1所述的生物炭负载钌
‑
硼催化剂，其特征在于，以硼
、
钌和木质素为原料总计，硼的用量为5～
15wt
％，钌的用量为1～
6wt
％，木质素的用量为余量
。3.
如权利要求1或2所述的生物炭负载钌
‑
硼催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
催化剂前体的制备：将木质素粉末加入到去离子水中，制成木质素悬浊液，将四丙基氢氧化铵加入到去离子水中，制成四丙基氢氧化铵溶液；将四丙基氢氧化铵溶液和木质素悬浊液混合，搅拌处理后加入硼源和钌源，再次搅拌处理，之后蒸干水分，将所得固体产物干燥处理，得到催化剂前体；
S2、
催化剂的制备：将催化剂前体置于氮气氛围下高温煅烧处理，进行多温度梯度退火处理，即得所述催化剂
。4.
如权利要求3所述的生物炭负载钌
‑
硼催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，木质素与四丙基氢氧化铵的质量比为1：2～6；两次搅拌处理条件均为：温度
45
～
75℃
，时间1～
6h
；蒸干温度为：温度
85
～
95℃
；干燥处理条件为：温度
105℃
，时间
48h。5.
如权利要求3所述的生物炭负载钌
‑
硼催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明强，方正，王一双，汤志远，梁德芳，李唱，辛浩升，王君，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：