[发明专利]一种纤维素加氢磁性催化剂的制备及其应用方法

说明书

本发明涉及一种纤维素加氢磁性催化剂的制备及其应用方法。该催化剂的制备方法为：以海绵金属为感应内核，活性炭完全包覆的海绵金属为载体，采用水热法得到钨铈锆复合氧化物包裹的海绵金属磁性颗粒，最后采用浸渍法将活性金属浸渍盐溶液附着于氧化物表面，经焙烧、还原后得到活性金属负载的复合氧化物整体式磁性催化剂。将上述制备的催化剂置于磁感应加热反应器用于催化纤维素加氢反应，纤维素能够高选择性催化转化为乙二醇、1,2‑丙二醇等低碳多元醇。本发明制备的磁性催化剂可用于在磁感应加热反应器中进行纤维素加氢降解，工艺过程简单，反应条件温和，能耗低，对环境友好，为面向磁感应加热反应器催化纤维素加氢反应体系提供了一种新的思路。

技术领域

本发明涉及一种纤维素加氢磁性催化剂的制备及其应用方法，尤其是以海绵金属为感应内核，活性炭完全包覆的海绵金属为载体，合成复合氧化物包裹的海绵金属，之后与活性金属构成高分散的复合氧化物整体式磁性催化剂，高选择性的转化纤维素为二元醇。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，人类正面临着资源和环境的双重挑战。化石能源的不可再生性和其大量使用造成的环境污染，使发展可再生资源成为必然。纤维素是地球上含量最丰富的生物质资源，其催化转化制能源化学品引起了世界范围内研究者的广泛关注。纤维素催化加氢主要产物是低分子糖醇类和二元醇类物质，糖醇类主要包括山梨醇、甘露醇、赤藓糖醇等，糖醇类是极为重要的食品药品添加剂，二元醇则主要包括乙二醇(EG)、丙二醇(1,2-PG和1,3-PG)等。EG是重要的大宗能源化学品，可用于生产树脂、PET聚酯纤维(涤纶)、防冻剂等。纤维素加氢反应一般在高压间歇反应釜中进行，该生产工艺过于复杂，且存在能耗高、反应条件苛刻、催化剂分散不均匀等问题。

磁感应加热反应器壳体选用具有良好隔热、绝缘、密封效果的刚玉管，外部缠绕空心铜管作为感应加热线圈，内部放置多根能耐受高温的不锈钢金属棒作为感应加热件。对感应加热线圈施加交变电流时，线圈中产生的交变磁场使感应加热件内部形成电涡流，使得感应加热件表面迅速升温。通过调整感应加热电源的功率可控制感应加热件的温度，进而实现对反应温度的精确控制。磁感应加热技术是一种无接触选择加热导电、导磁材料的技术，它利用电磁感应的方法使被加热材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的，具有快速加热、精准控温、非接触、低能耗、低污染等优点。

针对磁感应加热反应器的优点，构造了面向磁感应加热反应器催化纤维素加氢的反应体系。以海绵金属为感应内核，活性炭完全包覆的海绵金属为载体，合成复合氧化物包裹的海绵金属，之后与活性金属构成高分散的磁性催化剂。将上述制备的催化剂置于磁感应加热反应器内用于催化纤维素加氢反应，输入交变电流，密封条件下有效位置迅速加热，反应准确控制在预定温度下进行，纤维素能够高选择性催化转化为二元醇。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种纤维素加氢反应催化剂的制备及其应用方法。纤维素加氢过程对缓解能源危机，减轻环境压力，经济可持续发展具有重大的战略意义，磁感应加热反应器具有快速加热、精准控温、非接触、低能耗、低污染等优点，且工艺过程简单，反应条件温和，对环境友好。本发明中实现了纤维素的高效率转化，纤维素转化率高达100.0％，乙二醇收率高达67.2％。本发明合成的磁性催化剂易于回收，可重复使用，生产成本低，有利于规模化工业生产。

技术方案：本发明的一种纤维素加氢磁性催化剂的制备方法，该制备方法以海绵金属为感应内核，活性炭完全包覆的海绵金属为载体，水热法合成钨铈锆复合氧化物包裹的海绵金属磁性颗粒，然后将活性金属附着于氧化物表面，得到活性金属负载的复合氧化物整体式磁性催化剂，其具体操作步骤如下：

步骤1：酸洗海绵金属：将海绵金属在质量分数为5％的氢氧化钠溶液中浸泡1-5h，以除去其表面的有机杂质，再用1-3mol/L的硝酸溶液浸泡10-30min，以除去其表面的无机杂质和铁氧化物，产物经三次水洗至pH中性，真空干燥，密封备用；