[发明专利]一种微波改性Ca-Zr/H-ZSM-5酸碱催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种微波改性Ca‑Zr/H‑ZSM‑5酸碱催化剂的制备方法，采用预热‑微波辐射‑煅烧三步法对HZSM‑5分子筛预处理，并配置氢氧化钙溶液对其碱处理以得到等级孔前驱体。配置一定容积的分子筛悬浊液，加入锆的硝酸盐溶液用于离子交换并浸渍24小时，随后加入由碳酸钙，进行搅拌、烘干、三步法微波‑热处理等操作。利用该方法设计并制备的酸碱催化剂具有特定的等积孔与骨架结构，能够有效促进CO₂气体分子扩散与吸附、气化或热解过程中重油裂解，轻质油分的定向合成等多功能，煅烧后的催化剂，其活性组为CaO，可用于煤、生物质气化制氢，同时实现二氧化碳气体捕集。

技术领域

本发明涉及一种微波预处理的Zr离子改性的H-ZSM5-CaO酸碱催化剂制备方法，属于燃烧化工技术领域。

背景技术

进入21世纪，现在社会的发展面临着资源紧缺、能源危机与环境恶化等严重问题。化石能源由于储量有限，燃烧后产生污染与温室气体，成为全球经济发展的瓶颈因素之一；如何采用高性能催化剂，实现煤、石油、生物质等资源的催化转化、清洁与高效利用成为今后的重点研究方向。

氢能以其清洁、高效、热值高与利用形式多样等诸多优点，越来越引起人们的重视。通过煤或生物质气化得到合成气，在催化剂与吸附剂存在条件下，可进一步通过水煤气变换与天然气重整反应从而制备富氢合成气；煤焦油或生物油的提炼并利用油中的化学成分定向制备化学品，该研究方向同样具有相当大的经济意义与战略意义，前景广阔。

在已接触到的生物质利用形式包括，气化、热解与液化、水解与酯交换等，就其中一种技术而言，很难达到煤或生物质等资源的高效利用与转换，而采用催化剂结合气化、热解等技术，可有效提高生物质等资源的充分转化。

目前针对生物质的快速热解制油有初步研究，已存在较多采用催化剂进行催化转换，但或多或少存在一些问题需要完善。如机械强度不够，热稳定性不够，在高温下易烧结，循环再生特性有待验证等问题，这些都需要我们更进一步的探索。

综上，通过化学改性，提出一种更为有效的多功能催化剂的制备方法，以提高生物质等资源的转换率是至关重要的。

发明内容

技术问题：本发明提供一种产物可用于煤、生物质等资源的焦油裂解，并对裂解得到的产物进行选择性筛分，且具有较高稳定性，增强气体在沸石分子筛的吸附与扩散性能，可用于生物质的气化制氢，提高生物油的品质的微波改性Ca-Zr/H-ZSM-5酸碱催化剂的制备方法。

技术方案：本发明的微波改性Ca-Zr/H-ZSM-5酸碱催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取Si/Al比为25-80的HZSM-5型分子筛放入马弗炉中200-300℃下预处理2-4小时，将预热后的样品放入微波马弗炉中微波处理30-40min，再将其放入马弗炉中550-600℃下煅烧30-60min；

2)配置0.1-0.2mol/L氢氧化钙碱溶液，并加入去模后的HZSM-5分子筛，于60-80℃下搅拌1-2小时，经过多次抽滤干燥后，得到碱处理后的HZSM-5分子筛；

3)配置0.5-1mol/L的Zr(NO₃)₄溶液，并加入碱处理后的HZSM-5分子筛，于60-80℃下恒温交换12-24小时。抽滤后洗去浸渍液，得到H/Zr-ZSM-5分子筛，将所述H/Zr-ZSM-5分子筛与纳米CaCO₃混合，质量比为1.5-2.0，加入去离子水并在60-80℃下不断搅拌，直至形成胶状固体，每加入20g碳酸钙，对应加入80-120mL去离子水。

4)将所述胶状固体放入干燥箱100-120℃下干燥2-4小时，微波处理20-40分钟，再放入马弗炉中550-600℃下煅烧2-4小时，经过研磨筛分后，得到Ca-Zr/H-ZSM-5催化剂。