[发明专利]一种催化剂载体专用掺氮成型活性炭的制备方法

说明书

本发明涉及一种催化剂载体专用掺氮成型活性炭的制备方法，以木质生物质为起始原料，经过掺氮、加入粘结剂，混捏、成型，最后碳化、活化工艺生产，制备成强度高、氮含量0.5%‑10%、比表面积600～1200 cm³/g，灰分较低的催化剂载体专用掺氮成型活性炭。本发明的催化剂载体专用掺氮成型活性炭具有较高的比表面积、发达的孔隙结构、强度高等优点。负载的贵金属催化剂粒径小，催化活性高，在1,8‑二硝基萘催化加氢反应中，表现出100%的转化率和99%的产物收率。本发明具有原料来源广泛，生产工艺绿色环保等优点。

技术领域

本发明是一种催化剂载体专用掺氮成型活性炭的制备方法，属于成型活性炭制备技术领域。

背景技术

催化剂载体是催化剂的重要组成成分，其中活性炭载体在工业上已经获得广泛应用，特别是Pd/C、Pt/C、Ru/C等贵金属加氢催化剂。粉状活性炭载体由于粒径比较小，机械强度差、反应后不容易分离回收。特别对于空速较高的气-固相反应，其气体阻力比较大，因此，高性能成型载体活性炭的开发是一个研发的热点。

现在商业上应用的催化剂载体成型活性炭由于只含有表面含氧基团，和贵金属组分作用力弱，在反应的条件下容易发生团聚成较大的纳米颗粒，从而使催化剂活性下降甚至失活。因此，开发新一代催化剂载体成型活性炭势在必行。

为了提高贵金属活性组分的稳定性以及提高催化剂的活性，一个有效的方式是对活性炭材料进行掺杂（N、S、B、P等），从而形成一些缺陷位或者形成新的锚定位，有利于提高贵金属的分散度，降低贵金属的用量。

近年来，国内外研发机构对掺氮活性炭进行了研发工作。掺氮活性炭具有发达的孔隙结构以及独特的表面性质，在燃料电池、超级电容器、多相催化、化学传感器等领域显示了巨大的潜力。掺氮活性炭的常见制备方法有：模板法、后处理法、炭化/活化含氮碳前驱体法。

专利（201510576459.7、201711187796、201710343359.2、201811062254.0、201910674408 .X）公开了用豆渣、小麦粉、废弃活性炭为碳源，和含氮的前驱体为氮源，在高温热解得到粉状的活性炭，但制备的活性炭由于粒径比较小，机械强度低、不容易成型、比表面积小等缺点，不适合作为气固相反应的催化剂载体。

专利（2013103171924，一种利用三聚氰胺废弃物制备掺氮活性炭的方法）公开了一种以木屑和三聚氰胺为废弃物为起始原料，经混合、炭化得到掺氮的活性炭。这种方法所得到的活性炭材料容易堵塞孔道，所得到的活性炭孔隙不发达，比表面积小，并且材料是粉状的，不能用于作为催化剂载体。

专利（CN 105948045A）公开了一种以淀粉为碳源、以含氮化合物为氮源，经过糊化、水热、碳化与活化等步骤制备出氮掺杂淀粉基活性炭微球材料。发明专利（201710343359.2）公开了一种以天然淀粉为原料，以无机盐为模板剂，成型、经高温碳化、水洗除去无机盐，最后制备了一种淀粉基氮掺杂中孔成型炭。然而，以上专利中得到氮掺杂淀粉基活性炭，都采用可食用的淀粉为原料，价格昂贵，制备过程中会产生大量的富营养化的工业废水，污染严重。并且得到的炭材料孔隙结构不发达，机械强度差不适合应用于固定床催化剂载体。

发明内容

本发明提出的是一种催化剂载体专用掺氮成型活性炭的制备方法，其目的在于针对上述现有技术的不足，以不可食用的木质生物质为原料，成本低廉，来源广泛，并且经过高温气体活化，所得到的成型炭孔隙结构发达，比表面积大，机械强度高，并且表面含有丰富的“表面缺陷”，负载贵金属后催化剂稳定性好，活性高，工艺绿色环保等优点。

本发明的技术解决方案：一种催化剂载体专用掺氮成型活性炭的制备方法，包括如下工艺步骤：

（1）以木质生物质为起始原料，在300-1000 ^oC和含氮的有机前驱体或者含氮的无机掺氮剂反应，制备掺氮炭材料。