[发明专利]磁性金钴复合物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了磁性金钴复合物催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明提供的磁性金钴复合物催化剂，包括磁性钴氧化物载体和负载在所述磁性钴氧化物载体表面的金钴合金；所述磁性钴氧化物载体的化学组成为CoO_x，1x1.5。本发明提供的催化剂中金钴合金中金与钴产生金属协同效应；CoO_x中具有大量的表面缺陷，提供了大量的反应活性位点；磁性钴氧化物载体和金钴合金活性组分之间具有强相互作用，提高了催化剂对于5‑羟甲基糠醛加氢制备2,5‑二甲基呋喃的催化活性，5‑羟甲基糠醛的转化率高、2,5‑二甲基呋喃的产率和选择性高。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种磁性金钴复合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

煤、石油和天然气等不可再生化石原料的开采和燃烧，导致环境污染和全球温室效应等问题日益严重，能源的短缺和环境的恶化制约人类社会发展和生存。近年来，环境污染和能源短缺的现实压力促使全世界研究者寻找新的绿色可再生的新能源。生物质在所有新能源(如太阳能、风能、水能和生物质能)中，是唯一可再生的有机碳能源，有望取代不可再生的化石资源。而且生物质在自然界巨大的储量也足以满足日益增长的能源需求。从木质素生物质中获取的5-羟甲基糠醛(HMF)，是木质素生物质转化领域最重要的平台化合物之一，是连接生物质能源(如碳水化合物)和工业产品(如化石能源)的桥梁，但是5-羟甲基糠醛由于其反应活性高、含氧量高、能量密度低等缺点，不能直接用作生物燃料。而以5-羟甲基糠醛为原料可以生产极具应用前景的燃料2,5-二甲基呋喃，让人们看到了获取绿色可再生新能源的希望。

2,5-二甲基呋喃(DMF)被认为是一种非常有潜力的新型液体生物燃料，它与目前的生物燃料相比具有如下优点：(1)具有更高的能量密度(31.5MJ/L)；(2)具有更高的沸点(93～100℃)且不易挥发；(3)具有更高的辛烷值(RON＝119)，防爆性能更好；(4)不易溶于水，便于运输和储存。以上优点使得2,5-二甲基呋喃拥有成为优秀的液体生物燃料来源的潜力，是一种比乙醇液体燃料更为合适、更具发展潜力的可再生液体燃料。

5-羟甲基糠醛氢解反应制备2,5-二甲基呋喃(反应路线如式(1)所示)的研究工作还处于初步开发阶段，是国内外众多生物质能源科学家研究的热点之一，其关键在于开发出可以高效、环保、安全、稳定地转化5-羟甲基糠醛为2,5-二甲基呋喃的催化剂。目前，5-羟甲基糠醛氢解反应制备2,5-二甲基呋喃采用的催化剂为负载型催化剂，例如负载铜、锌和镍等金属的催化剂，5-羟甲基糠醛的分子中含有一个醛基和一个羟基，上述催化剂很难控制醛基和羟基两个官能团加氢还原反应的程度，这会导致产物分布复杂且副产物多，进而导致2,5-二甲基呋喃的产率较低，催化剂的选择性低。

金作为金钴合金元素，在氧化催化的体系中有较多的应用。鉴于金元素的化学性质，单独以金为活性金属的催化剂的确在加氢氢解体系中的催化活性较差，因此加入第二种金属耦合金元素形成双金属合金，能够提高金基催化剂在5-羟甲基糠醛氢解制备2,5-二甲基呋喃反应的活性和稳定性。现有技术“Selective hydrogenation ofbiomass-derived5-hydroxymethylfurfural(HMF)to 2,5-dimethylfuran(DMF)under atmospherichydrogen pressure over carbon supportedPdAubimetallic catalyst.CatalysisToday”(参见Catalysis Today,232,89-98)公开了一种活性炭负载金钯双金属催化剂，在常压下对HMF选择性加氢制DMF具有良好的催化性能。然而，上述催化剂需要添加HCl酸性助剂才能具有最佳的催化性能，污染环境，而且上述催化剂不易回收。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁性金钴复合物催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的磁性金钴复合物催化剂对5-羟甲基糠醛加氢制备2,5-二甲基呋喃的催化活性高、无需加入酸性助剂，产物的选择性高且易回收。