[发明专利]利用磁性锆基催化剂催化热解生物质制备液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能的利用领域，具体涉及一种利用磁性锆基催化剂催化热解生物质制备液体燃料的方法。

背景技术

生物质快速热解是在无氧条件下使生物质快速受热分解而后对热解产物迅速冷凝以获得液体生物油的过程，是一项新型高效的生物质能利用技术。生物油可望作为一种新型的液体燃料替代化石燃料，应用于各种热力设备。然而，常规初级生物油的燃料品位较差，主要表现为：水分含量高、氧含量高、热值低、具有酸性和腐蚀性、热安定性和化学安定性差、不能和化石燃油互溶等。因此，需要对生物油进行精制以提高其燃料品位。不同学者提出了多种物理和化学方法对生物油进行精制，其中绝大部分方法都是在热解气生成以后，在冷凝成生物油之前或之后进行的各种物理或化学处理，从而提高生物油的品位。

在生物质快速热解过程中直接引入合适催化剂，通过催化剂的作用改变生物质快速热解的反应途径，可以实现生物质的定向热解而直接获得高品位的液体燃料。然而，这一精制方法并没有受到广泛重视，主要原因在于当机械混合的生物质和催化剂热解反应完毕之后，催化剂和焦炭产物混合在一起，分离回收困难，导致催化剂不能有效的循环利用；此外，生物质快速热解过程中会产生较多的易积碳产物，导致催化剂很快积碳失活，从而进一步限制了该精制方法的广泛使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用磁性锆基催化剂催化热解生物质制备高品位液体燃料的方法。

本发明提供的利用磁性锆基催化剂催化热解生物质制备高品位液体燃料的方法，以磁性ZrO₂-Fe₃O₄或磁性Pd-ZrO₂-Fe₃O₄为催化剂，以生物质为原料，将催化剂和生物质按照质量比为（1:3）~（1:50）进行机械混合，在无氧条件下于400~600 °C下进行快速热解，经气固分离后，对热解气进行冷凝获得液体燃料。

所述磁性ZrO₂-Fe₃O₄采用下述步骤制备：

（1）磁性基质的制备：

按照质量比（1:2.5）～（10:1）量取FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O，配制成混合溶液并加入到三口烧瓶中，放置于65℃的恒温水浴中，在搅拌的同时缓慢滴入浓度为0.1mol/L的NaOH溶液直至溶液pH值至12，继续恒温搅拌并陈化一定时间；而后将三口烧瓶移出恒温水浴并冷却到室温，利用磁场分离磁性基质和上层清液，之后对磁性基质进行反复洗涤至中性，以悬浮状态保存备用；

（2）磁性ZrO₂-Fe₃O₄的制备：

量取步骤（1）中制备的磁性基质悬浮液于三颈瓶中，搅拌状态下升温至65℃，量取ZrOCl₂·8H₂O配制成的0.5mol/L的溶液，加入到上述悬浮液中，用氨水调节溶液pH值至13，利用磁场分离使之沉降，倾去上清液，用去离子水洗至无氯离子，而后对所得物料进行抽滤、干燥、焙烧，即得到磁性ZrO₂-Fe₃O₄催化剂，并使得ZrO₂的质量百分含量为50~90%。

所述步骤（1）中的陈化时间为10～120min；步骤（2）中的干燥为干燥箱干燥，干燥温度为60～120℃，干燥时间为2～24h；焙烧温度为350～600℃，程序升温速度为0.5～10℃/min，保温时间为1～4h。

所述磁性Pd-ZrO₂-Fe₃O₄的制备方法如下：量取一定量的硝酸钯溶于去离子水中，将ZrO₂-Fe₃O₄粉末加入上述盐溶液中，在搅拌情况下缓慢滴入氨水，直至pH值达到9，继续在室温搅拌12小时后过滤并干燥，最后将干燥物在氢气和氮气氛围下还原，即得到Pd-ZrO₂-Fe₃O₄磁性锆基催化剂，并使得Pd的质量百分含量为0.1~3%。

所述干燥为干燥箱干燥，干燥温度为80～120℃，干燥时间为2～12h；还原温度为260~300℃，程序升温速度为0.5～3℃/min，保温时间为2～4h。