[发明专利]铂/碳纳米管催化剂的制备及在糠醛催化加氢中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及温和条件下糠醛的催化加氢技术，具体涉及和温和条件下糠醛催化加氢所使用的催化剂的制备和应用。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础。生物质能源由于具有来源广﹑可再生且环境友好等优点，是替代传统化石燃料的有效能源之一。然而由于生物油具有强酸性、高含水量、高含氧量等特点，且容易缩合而导致性质不稳定,因此，生物油在使用前必须经过提质处理，以增强其品质。但生物油成分复杂，含有多种不饱和含氧化合物，包括酸类、酚类、醛类、酮类、酯类以及糖类等物质。其中的酸类、酚类、醛类及酮类等物质的存在是生物油性质不稳定的主要原因，在提质过程中要将这些不稳定的化合物转化成稳定的可燃物质，使生物油的品质得到提升，极具挑战性。

近年来，催化加氢已成为生物质转化为液体燃料的有效方法。通过高性能的催化剂将生物油中的含量较高的糠醛进行催化加氢，使其转化为稳定的可燃的醇类物质是生物油提质的有效方法。基于糠醛具有含量高、易聚合、提质过程中副反应多等特点，对其的加氢一般需要较高的温度(参见文献MFI Catalyst.Narayan S.Biradar,Amol M.Hengne,Shobha N.Birajdar,Prashant S.Niphadkar,Praphulla N.Joshi,and Chandrashekhar V.Rode.ACS Sustainable Chem.Eng.2014,2,272-281.)。

但由于糠醛性质极易缩合很不稳定，在高温条件下容易缩合生成高聚物，而为了防止催化剂积碳而导致反应装置堵塞和催化剂失活，实验需要尽可能在相对较低的温度下进行。因此，在温和条件下，对糠醛要得到较好的提质效果极有难度。目前生物油提质用的催化剂往往集中于分子筛、固体酸催化剂等，虽然这些催化剂有许多优点，但收率低，易结碳。碳纳米管是一种新颖的一维纳米碳材料，具有良好的储氢性能，室温下即可吸附氢气，将其作为加氢催化剂载体是非常有利的。此外碳纳米管还具有独特的电子性能和合适的孔径分布，有利于金属的分散。而Pt基催化剂催化性能好、反应条件温和的特点，已广泛应用于加氢反应中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中糠醛高温容易发生聚合生成高聚物的缺陷，提供一种铂/碳纳米管催化剂的制备及在温和条件下进行糠醛催化加氢。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种铂/碳纳米管催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)碳纳米管载体的预处理

称取3g碳纳米管放入圆底烧瓶里，加入140ml浓硝酸；室温下超声处理30分钟后，在120℃和搅拌条件下回流4小时；反应结束后冷却至室温，取出碳纳米管用去离子水反复浸泡、洗涤和抽滤，直至滤液的pH值为7；然后将碳纳米管在100℃条件下干燥12h，得到用于负载活性组分的碳纳米管载体；

(2)铂/碳纳米管催化剂的制备

取0.1mL的浓度为0.1g·mL^-1氯铂酸，与2.2mL的去离子水配成氯铂酸稀溶液，然后加入1g按步骤(1)处理过的碳纳米管载体，在室温下等体积浸渍、静置12h；在磁力搅拌和80℃水浴条件下蒸干水分后，置于烘箱中100℃干燥12h；

在使用之前，将催化剂置于氮氢混合气氛中，在400℃条件下还原2h，最终得到铂负载量为1.0wt％的铂/碳纳米管催化剂；

所述氮氢混合气氛，是指质量百分比为5％的氢气与95％的氮气所组成的混合气体；还原处理催化剂时，混合气体呈流动状态，气体流量30mL/min。

本发明进一步提供了利用前述铂/碳纳米管催化剂实现的温和条件下糠醛催化加氢的方法，是在室温条件下实现糠醛催化加氢反应的；其具备步骤包括：

(1)向反应釜中加入0.5mL糠醛、0.1g的1.0wt％铂/碳纳米管催化剂和5mL乙醇溶剂；

(2)向反应釜中充入氢气至压力为2MPa后排空，重复操作5次以置换排除反应釜中的空气；最后向反应釜中充入氢气至压力为3MPa；

(3)调节反应釜的搅拌速率为500r/min，室温条件下反应5小时；

(4)反应完成后排掉反应釜中的氢气，取出反应后的混合物，过滤分离出催化剂，得到糠醛催化加氢的产物。

本发明中，所述室温条件是指25℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明方法工艺简单，操作方便，能耗低，反应中不需要加热，且所用氢气压力较低。