[发明专利]一种生物质碳基金属催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物质碳基金属催化剂及其制备方法与应用，该催化剂包括如下原料组分制成：生物质与硝酸盐的质量比为0.95‑1.05:1。该催化剂的制备方法，包括如下步骤：将生物质粉末和硝酸盐固体，溶于无水乙醇中搅拌、旋转蒸发至液体消失，随后干燥得到催化剂前体；将所述催化剂前体通氮气煅烧，升温、保温、冷却，制得生物质碳基金属催化剂。并提供该催化剂在大豆油转酯化反应中的应用。本发明以廉价的生物质和硝酸盐为原料，简单的制备方法使金属单质均匀负载到生物质碳上，两者协同作用促进转酯化反应的进行。且生物质碳丰富的孔状结构能够提高油脂大分子的质量转移速率，提高总体反应速率以及生物柴油产率。

技术领域

本发明涉及一种碳基金属催化剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种生物质碳基金属催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

为了保障能源安全，实现资源节约型和环境友好型可持续发展，调整能源结构，在推进化石能源清洁高效节约利用的同时，积极开发绿色的可再生资源是根本性的解决方案。生物柴油，是一种可生物降解和可再生的燃料，与石化柴油性质极为相似，具有高闪点、高十六烷含量、低粘度、高润滑性、高燃点和环保使用等优点，且可以直接替代传统柴油在发动机中使用。生物柴油的制备方法主要包括高温热裂解法、超临界法、酯交换法和微乳液法。酯交换法是原料油和短链醇(通常为甲醇和乙醇)，在催化剂的作用下，通过酯交换反应合成脂肪酸酯和甘油以制备生物柴油的方法，是生物柴油研究中最常用的方法。此方法制备工艺简单，反应条件温和，且产物生物柴油十六烷值高、燃烧效率高以及低污染物排放的优势，因此，在工业中被广泛使用。为了提高反应速率和油料的转化率，在酯交换反应中，通常需要用到催化剂。

简单的操作方法、高的转化效率以及低廉的成本是影响催化剂制备的主要因素。原料易得，分布广泛，绿色环保，成本低廉，可再生性强的生物质能源具有广阔的发展前景。另一方面，生物质是一种绿色的碳源，可用来制备碳材料，应用于气体吸附，水净化，电极材料，超级电容，催化剂载体等方面。生物质碳作为催化剂载体已广泛应用于制氢、电容器储能、生物质水解等过程中，但在酯交换法制备生物柴油过程中的应用却比较少。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的为提供一种比表面大、孔状结构丰富、催化活性高，且成本低廉的生物质碳基金属催化剂，本发明的第二目的为提供该生物质碳基金属催化剂的制备方法，本发明的第三目的为提供该生物质碳基金属催化剂的应用。

技术方案：本发明的生物质碳基金属催化剂，包括如下原料组分制成：生物质与硝酸盐的质量比为0.95-1.05:1。

进一步地，硝酸盐为硝酸铜、硝酸铁或硝酸镍中的一种。

生物质在有限氧或无氧的条件下，经过高温热解可以得到多孔、比表面高的碳材料，优良的碳载体可以使负载的金属或者金属氧化物粒子均匀地分散，还能协同金属活性物质参与催化。

本发明的生物质碳基金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将生物质干燥，干燥后粉碎，制得生物质粉末；

(2)将生物质粉末和硝酸盐固体，溶于无水乙醇中搅拌、旋转蒸发至液体消失，随后干燥得到催化剂前体；

(3)将催化剂前体通氮气煅烧，升温、保温、冷却，制得生物质碳基金属催化剂。

步骤(3)中，升温至300-500℃后保温。步骤(1)中，干燥为在49.5-50.5℃下干燥。步骤(3)中，升温速率为1.9-2.1℃/min。

本发明的生物质碳基金属催化剂在大豆油转酯化反应中的应用。

生物质碳基金属催化剂在大豆油转酯化反应中的应用，包括如下步骤：在醇油比为 12.5-13.5:1，基于油重催化剂用量为5-7％，反应温度为71-73℃条件下，进行大豆油转酯化反应制得生物柴油。