[发明专利]一种整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂及其制备方法和应用。本发明采用浸渍‑微波‑炭化三步法合成Ni@C/C催化剂：将生物质与得到的Ni‑MOF‑74的前驱体溶液进行微波辅助合成反应，然后再对反应后的生物质进行炭化，制得整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂。本发明不仅制备简单，反应时间缩短，提高反应效率，而且生物质易得成本低，利用本发明可制备出催化活性高稳定性好的整体型蜂窝状催化剂，可有效地运用于加氢催化领域，表现出较高的CO的转化率和较高的CH₄选择性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源是国家发展的重要物质支撑，涉及政治、经济、社会和军事等各个方面。众所周知，世界能源资源量有限，然而随着当今世界经济的不断发展，能源消费量却与日俱增，在世界各地因为能源问题引起的纷争此起彼伏，能源危机日益凸显，与之相应的环境污染也是当前重要问题之一，世界各国正积极采取措施予以应对。因此，合理、洁净和高效地利用当前的能源，对全球经济与社会的健康、稳定和可持续发展具有重要意义。

MOFs材料可作为合成多孔碳材料的理想牺牲模板，在不同的温度和时间等条件下可以形成不同的热解材料。MOFs材料在惰性气体的氛围下煅烧可以得到多孔碳材料，同时有机配体经过炭化，金属离子经过还原，可以得到负载金属的碳基材料。如果在空气中煅烧同样可以形成负载金属氧化物的碳基材料。这些材料均可应用于不同的催化反应。由于MOFs材料结构中的金属中心与有机配体相连且分散度较高，因此在高温炭化的过程中，有机配的热解使得金属难以团聚，有望形成高度分散、粒径小的活性催化中心。MOFs材料的热解还具有另一个优点，即有机配体在热解过程中会生成多孔碳，同时会部分包裹住金属颗粒，这样更有利于催化剂稳定性的提高。

中国专利CN108246333A公开了一种过渡金属纳米复合催化剂及其制备方法，(1)先以尿素煅烧制备g-C₃N₄；(2)原位合成的MOF-74-M(M为Fe、Co或Ni)在600～800℃进行碳化，原位合成碳负载的过渡金属纳米颗粒Fe、Co或Ni；(3)将Fe、Co或Ni和g-C₃N₄加至溶剂中，搅拌、超声和去溶剂处理，得到过渡金属纳米复合催化剂。该方法制备的复合催化剂仅仅是在载体表面负载催化剂，在用于催化气体反应时，大部分气体在通过反应器时，是处于闲置状态，催化效率不高。

发明内容

为解决现有技术中存在的催化剂催化效率不高的缺陷，本发明的目的在于提供一种整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂及其制备方法和应用。本发明是以Ni-MOF-74和生物质作为前体，使得Ni-MOF-74在生物质大孔道内原位生长，再经过炭化制备出整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂，强化了气体的传质效果，促进反应气体和催化剂的反应，提高了催化剂的活性，在加氢催化剂合成反应中表现出较高的CO的转化率和较高的CH₄选择性。其具体方案包括如下：

一种整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂，具体为，Ni金属颗粒被MOF-74中的有机配体热解生成的多孔碳部分包裹住，同时负载在生物质的孔道内。

所述整体型蜂窝状Ni@C/C催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将生物质置入高锰酸钾溶液中，进行回流反应，洗涤、干燥、密封保存，待用；

(2)配制：将镍盐和2,5-二羟基对苯二甲酸溶于DMF、甲醇和去离子水的混合溶液中，搅拌均匀，得到Ni-MOF-74的前驱体溶液；

(3)微波反应：将步骤(1)预处理好的生物质浸渍在步骤(2)所得Ni-MOF-74的前驱体溶液中，进行恒温微波辅助合成反应，取出生物质，干燥待用；

(4)炭化：将步骤(3)中微波反应后的生物质依次经过煅烧、洗涤、干燥，得到Ni@C/C催化剂。