[发明专利]一种高活性Ru/C催化剂的制备及其在催化氢解方面的应用

说明书

本发明公开了一种高活性Ru/C催化剂的制备及其在催化氢解方面的应用，选用沥青为原料，经一步碳化活化后得到载体C，再通过浸渍法将金属钌负载在载体C上，得到高活性Ru/C催化剂；金属钌均匀分布在载体上，金属钌的平均颗粒尺寸为2.34nm，催化活性较高；相对于Ni/C催化剂，Ru/C催化剂在二苯醚及其它木质素模型化合物的加氢催化反应中，展现出高的催化性能。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种高活性Ru/C催化剂的制备及其在催化氢解方面的应用。

背景技术

不断消耗化石原料来获取有机化学品和燃料导致全球环境恶化，寻找可再生资源作为化学品的来源引起了广泛关注。木质素作为木质纤维素生物质的三大主要成分之一，被认为是获得高附加值化学品和生物燃料最有前途且可持续的资源。众所周知，木质素分子结构中存在大量的C-O键，主要包括α-O-4、β-O-4和4-O-5醚键。其中，4-O-5醚键是木质素中最强的C-O键，因此，选择性裂解4-O-5键中的C-O键对木质素的解聚具有重要意义。在木质素及模型化合物转化方法中，催化氢解所需的反应条件最温和，尤其加入高活性催化剂，能显著改善催化条件。

在催化剂选择上，一般金属如镍、钴和铜等活性相对较低，尤其对于稳定的C-O键，往往催化效果较差，产物选择性较低，导致产物分离较难。而贵金属如钌、钯和铂等，催化性能较高，受到广泛研究。除了金属，载体也是重要因素，传统活性炭载体比表面积较大，可提供更多的金属附着位点，从而有利于活性金属的分散。而沥青，作为工业上的副产品，主要用在道路建设里。考虑到沥青组成中含有较高的重质成分，可开发用于制备结构优异的碳材料，提高原料的附加值。因此，将沥青转化为结构优异的活性炭，然后制备高活性的钌碳催化剂，最后用于木质素及模型化合物的加氢催化具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高活性Ru/C催化剂的制备方法。

本发明的目的之二是提供采用上述制备方法制得的高活性Ru/C催化剂在催化氢解方面的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一个方面，提供了一种高活性Ru/C催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)首先将氢氧化钾与沥青按质量比4:1混合，研磨成粉末，然后置于管式炉内，在惰性气氛中，于700℃温度下处理2h，以制备焦炭；一步碳化与活化完成之后，依次用稀盐酸溶液和去离子水洗涤产物，直至滤液呈中性；最后干燥得到载体C；

(2)将适量载体C加入到三氯化钌水溶液中，并超声15-30min，然后将混合溶液在真空干燥箱中室温下浸渍24h；浸渍完成之后干燥，在惰性气氛中，于300℃煅烧2h，然后在300℃的氢气气氛下还原2h；煅烧还原之后，再切换成惰性气氛冷却至室温，获得Ru/C催化剂。

优选的，所述Ru/C催化剂中Ru的负载量为5wt.％。

优选的，所述Ru/C催化剂中金属钌呈纳米状态高度分散在载体表面，钌的平均颗粒尺寸为2.34nm。

本发明的另一个方面，提供了采用上述的制备方法制得的高活性Ru/C催化剂在催化氢解方面的应用。

具体的应用步骤包括：将底物、Ru/C催化剂和异丙醇放入反应器中，密封后，通过通入氢气排除残留的空气；随后，在室温温度下用氢气将反应器加压至期望的压力1.0-2.0MPa，然后将温度升至所需的140-160℃，并在700-900rpm的剧烈搅拌速度下保持120-150min；实验结束后，将反应系统自然冷却至室温并释放压力，过滤反应混合物以除去催化剂，并通过气质联用仪(GC-MS)和气相(GC)分析获得的有机相。

优选的，所述底物为二苯醚、苄基苯基醚、4-苯氧基苯酚、对二甲苯基醚和二苄醚中的一种。

优选的，所述Ru/C催化剂的用量为所述底物质量的20-30％。