[发明专利]一种利用胡敏素制备的多孔碳负载单质铁催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种利用胡敏素制备的多孔碳负载单质铁催化剂及其制备方法和应用。所述方法包括如下步骤：S1：将高铁酸盐和胡敏素加入到强碱溶液中，于180~200℃下反应6~12 h，烘干，得到黑色固体产物；或将胡敏素加入到强碱溶液中，于180~200℃下反应6~12 h后，加入高铁酸盐，搅拌均匀，烘干，得到黑色固体产物；S2：在惰性气氛下，黑色固体产物于450~900℃反应1~2 h，冷却，清洗，烘干即得到催化剂。本发明通过一种简单方法变废物胡敏素为高价值催化剂，该催化剂具有高比表面积，负载的铁为单质铁，铁负载量可高达19.9%，铁在多孔碳上分布较均匀，铁粒径可控在5~15 nm之间；该催化剂对合成氨反应有较好的催化效果。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种利用胡敏素制备的多孔碳负载单质铁催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

铁基催化剂因具有储量丰富、活性高、价格低廉等优势，现已广泛的应用于费托合成、合成氨、烷烃催化裂解等重要化工领域。为了提高金属铁的分散度和有效利用率，把铁负载到多孔碳结构上制备出比表面积大、吸附能力强、化学性能稳定的多孔碳负载铁催化剂具有重要意义。常规多孔碳负载铁催化剂制备通常是先把煤粉、木材、木炭、各类果壳等有机碳源通过活化的方法制备成多孔碳材料，然后通过浸渍、沉降或者机械搅拌等物理方法把铁盐(如氯化铁、氯化亚铁等)负载到多孔碳材料上。这些常规多孔碳负载铁催化剂方法存在一些问题：如铁较难在多孔炭内均匀分布，在浸渍过程中铁盐利用率低，铁通常以二价铁或者三价铁为主、要得到多孔碳负载的单质铁催化剂需要进一步还原等。

以生物质酸催化水热转化制备高价值平台化合物糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸已经一种重要技术。然而，在生物质水解过程中不可避免的生成大量副产物胡敏素。现阶段胡敏素一般被当作一种普通碳源、直接燃烧以用来发热，利用价值低下。胡敏素具有结构稳定的聚合结构，是一种潜在的碳基材料前驱体。把胡敏素转化为高价值的碳基材料（如催化剂）是变废为宝，对整个生物质水解工业以及胡敏素资源化利用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的多孔碳负载铁催化剂中铁较难在多孔炭内均匀分布及铁通常以二价铁或者三价铁为主、要得到多孔碳负载的单质铁催化剂需要进一步还原等缺陷和不足，提供一种利用胡敏素制备多孔碳负载单质铁催化剂的方法。本发明提供的方法可将低价值副产物胡敏素转化为多孔碳负载单质铁催化剂，工艺简单，操作方便；且高铁酸盐中的铁可全部被负载到多孔碳上，铁在多孔碳上分布较均匀，铁的粒径可控在5~15 nm之间；制备得到的催化剂具有高比表面积，高铁含量的特点，比表面积高达1630 m²/g，且所负载的铁为单质铁，铁负载量可高达19.9 %。

本发明的另一目的在于提供一种多孔碳负载单质铁催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述多孔碳负载单质铁催化剂在费托合成、合成氨或烷烃催化裂反应中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用胡敏素制备多孔碳负载单质铁催化剂的方法，包括如下步骤：

S1：将高铁酸盐和胡敏素加入到强碱溶液中，于180~200 ℃下反应6~12 h，烘干，得到黑色固体产物；

或将胡敏素加入到强碱溶液中，于180~200 ℃下反应6~12 h后，加入高铁酸盐，搅拌均匀，烘干，得到黑色固体产物；

S2：在惰性气氛下，黑色固体产物于450~900 ℃反应1~2 h，冷却，清洗，烘干即得到多孔碳负载单质铁催化剂。

以生物质酸催化水热转化制备高价值平台化合物糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸已经一种重要技术。然而，在生物质水解过程中不可避免的生成大量副产物胡敏素。现阶段胡敏素一般被当作一种普通碳源、直接燃烧以用来发热，利用价值低下。