[发明专利]一种热解催化剂的制备方法及其在生物质固废制备高附加值生物油和合成气中的应用

说明书

本发明属于生物质固废清洁转化和高值化利用技术领域，具体涉及一种热解催化剂的制备方法及其在生物质固废制备高附加值生物油和合成气中的应用，本发明通过溶剂热法自制含铁水滑石(LDHs)，然后以其作为前驱体经过煅烧合成铁金属氧化物的复合物(LDO)和含铁尖晶石的混合物,制备方法简单，将上述混合物作为热解催化剂通过一步法微波低温催化裂解生物质秸秆废弃物制备高品质生物油和合成气，催化效果优良，操作成本和运行成本很低，操作步骤简单可行，相比传统的催化裂解生物质反应，通过调控微波反应的温度、功率可以达到产物的理想分配，实现生物质固废的高效清洁转化和高值化利用，实现产物的促进了生物质固废的资源化利用。

技术领域

本发明属于生物质固废清洁转化和高值化利用技术领域，具体涉及一种热解催化剂的制备方法及其在生物质固废制备高附加值生物油和合成气中的应用。

背景技术

全国每年各类秸秆总量9亿多吨，目前处理这些有机废弃物的方法主要有直接燃烧、生物转化、热化学转化等。但是这些方法的综合利用率低、资源化利用率不高，迫切需要创新秸秆的清洁转换技术，并实现高值利用，因此开展实现秸秆高效清洁转化和高值化的前瞻性技术研究具有重要的意义。

微波辅助热解是近年来发展起来的最引人注目的热化学方法之一。生物质微波热解主要依赖微波特有的介电加热方式，介电加热是指材料中的带点粒子与电磁辐射发生相互作用，造成分子间发生剧烈碰撞、摩擦而产生热量从而加热物体的过程。微波热解由于具有高效节能、均匀快速、容易快速、可选择性加热等特点引起了广泛的关注，微波加热有以下几个优点：1)与传统传热(传导、对流和辐射)的由外向内的加热方式相比，微波加热是一种由内而外的体积式加热方式，能够深入生物原料的内部提升热解产物的产量和质量，减少危险产物的生成；2)由于微波加热速率快、物料受热均匀，因此微波加热能够最大限度的减少污染物的排放，使技术更加环保；3)微波加热相比较传统加热提供的能量更少而且均匀稳定。但是目前对于催化剂在微波作用的机理认识度还不够，比较缺乏微波与催化剂协同作用等方面的研究。

水滑石(LDHs)的化学组成为:其中M代表金属元素,A表示层间阴离子,b＝x或2x-1,z＝2。水滑石可看作是水镁石中的Mg²⁺部分地被Al³⁺同晶取代而形成的衍生物。水滑石具有以下特点：1)是一种双羟基阴离子黏土,由金属离子与六个羟基构成的八面体共边组成,是一类具有层状结构的新型无机材料。2)其八面体层状结构中部分M²⁺被M³⁺同晶取代而使层板带正电荷,层间充填的阴离子起平衡电荷作用，此结构决定了其本身具有碱性、层板上阳离子可调配性、层间阴离子可交换性三大特性,可作为酯交换、氧化还原催化剂以及催化剂载体等。3)经煅烧可得到均匀的复合金属氧化物,由于其活性组分的高度分散,可作为催化剂或催化剂前体。由于以上特点，水滑石在吸附、离子交换、合成材料、日用化工、催化、超导以及环境保护等方面,具有巨大的应用潜力,已成为国内外研究的热点。

过渡金属LDHs类材料在环境友好、均相氧化反应的多相化及高选择性催化等方面得到广泛了应用。例如通过CuZnAl-LDH三元水滑石为前驱体制备的三元金属氧化物催化剂，经过热处理过程，Cu高度、均匀地分散在LDO(双金属复合氧化物)的表面，与LDO载体存在较强的缔合作用，从而减少Cu组分的流失。多元水滑石也有利于和其它金属元素之间的协同作用，提高催化性能，例如插入贵金属或稀土金属,进一步改进催化剂的性质。另外活性组分(例如贵金属)引入到水滑石的层状结构之中，经过热处理产生的多孔金属氧化物或者尖晶石(煅烧温度600℃以上)的催化活性远远高于该金属氧化物简单的负载在MgO或者Al₂O₃上的活性。虽然水滑石的优点很多，但与天然矿石相比，制备工作量和成本要大得多。因此，设计出一种制备简单，成本低，且适用于生物质固废高效清洁转化和高值化利用的热解催化剂具有重要的经济价值。

发明内容