[发明专利]一种生物质基催化剂及其制备方法以及在热解煤方面的应用

说明书

本发明属于煤干馏工程技术领域，特别涉及一种利用新型生物基催化剂对煤解聚的方法。具体的，是以新型Fe‑Ni/Humus催化剂对褐煤进行热解。所述新型生物质基催化剂Fe‑Ni/Humus具有活性组分Fe含量高，热稳定性和抗氧化能力好，催化活性较好、价廉易得的优点。将所述新型生物质基催化剂用于热解褐煤，可提高煤焦裂解的转化率，且催化剂可再生，实现了可循环、无污染的生产理念。

技术领域

本发明属于煤干馏工程技术领域，特别涉及一种利用新型生物基催化剂对煤解聚的方法。

背景技术

目前，广泛使用的负载型催化剂载体材料主要分为无机材料和合成有机高分子材料。常见的无机载体包括：硅基材料(无定型硅胶、介孔硅胶、硅基有机-无机杂化材料)、碳基材料(活性碳、石墨烯、碳纳米管)、金属氧化物 (Al₂O₃、TiO₂、ZnO、CeO₂、ZrO₂)、分子筛及磁性材料等；常见合成有机高分子载体包括：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙二醇、Merrifield、树脂等。这些载体催化剂虽然解决了均相催化回收困难的问题，但是也存在弊端，例如：成本高、原料不可再生，催化剂制备过程繁琐且需要高温煅烧，一些合成材料比表面积较低、热稳定性和抗氧化能力差、难于降解等。

生物高分子是一类具有发展前景的多功能化聚合物原材料，不仅可以解决传统材料对化石资源的过度依赖，缓解能源供给，减少环境污染等，而且具有种类丰富、来源广泛、价格低廉、生物降解等优点。纤维素、半纤维素、木质素、壳聚糖等生物质资源作为天然高分子中的一大类，其分子结构中含有丰富的羟基、羧基、氨基等极性官能团，容易形成分子内和分子间氢键，不仅能够在绝大多数有机溶剂中稳定存在，而且这些活性基团具有较强的络合配位能力，能够有效地螯合金属离子和纳米颗粒，从而提供所需的稳定性，是一类制备环境友好型催化剂的理想载体材料。因此，设计开发以生物质为载体材料的催化剂已成为当今催化领域的研究热点，同时也是绿色化学的一个重要发展方向。

由于生物质种类和制备方法的多样性，导致生物质基催化剂类型的多样性。概括起来生物质基催化剂主要分为三种类型：第一类与传统负载型催化剂类似，用生物质原料代替传统负载型催化剂的载体，通过物理吸附使金属颗粒沉积在载体表面和孔状结构内或者通过化学改性引入活性官能团与金属离子配位，制备成生物质基负载金属催化剂；第二类可以称为生物质基有机催化剂，主要是利用生物质本身所具有的活性官能团(羟基、氨基)或者通过改性在生物质表面引入活性小分子来催化反应；第三类可以统称为生物质碳基催化剂，主要是将生物质在无氧条件下进行不完全碳化(水热或管式炉)，形成生物质基碳材料，代替常规碳材料制备催化剂，或者将生物质基碳材料进行磺化制备成生物质基固体酸催化剂。目前为止还没有人制备出Fe-Ni/Humus催化剂，更没有人提出将此催化剂应用于煤的热解聚。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型生物质基催化剂及其制备方法以及在热解煤方面的应用。

本发明采用的技术方案如下：

一种新型生物质基催化剂，其特征在于，所述催化剂为铁镍生物质基双金属复合催化剂，所述催化剂的载体为炭化腐殖质，其质量百分比为80％～90％，有效成分Fe和Ni的百分比分别为7％～12％和3％～8％。

本发明进一步提供了一种所述新型生物质基催化剂的制备方法，步骤如下：

1)将腐殖质于800-1000℃碳化1-3h，冷却并研磨成粉末，之后均匀分散至乙醇或丙酮中，浓度为6.7-10g/L；

2)将Fe₂O₃与步骤1)得到的腐殖质溶液按1:3质量比混合均匀，在4-8g 混合溶液中加入0.4-0.6g黏结剂，再加入硝酸溶液混合均匀后成型，自然干燥后，105℃下干燥20h，再在400℃煅烧2h，升温至900℃煅烧6-8h得复合催化剂载体，硝酸溶液中硝酸的质量为0.2-0.4g；