[发明专利]一种氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂，其特征在于：以掺氮生物炭为载体，以第VIII族中的一种或两种以上的金属为活性组分，所述活性组分负载在载体上；所述载体由生物质、聚丙烯腈和M_xO_y制成，所述生物质粉末、M_xO_y和聚丙烯腈的质量比例为(2～4):(0.4～2):(2～4)；所述M_xO_y中M为第IIIA族、IVA族、IVB族、VB族、VIB族或VIIB族中的一种元素，x为1～2，y为2～5；所述载体上负载的活性组分质量分数为2～15％。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂，其特征在于，所述氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂为球形颗粒，球形颗粒尺寸为0.5～2.0 mm，比表面积为200～1000m²/g，总孔容0.20～0.80 cm³/g，单粒催化剂的抗压强度不小于22 N/颗。

3.根据权利要求1所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂，其特征在于，所述氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂的氮元素掺杂含量为4.0～12.0％。

4.根据权利要求1所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂，其特征在于，所述载体中生物质为果壳类、木质类和秸秆类中的至少一种；所述M_xO_y为Al₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅、SiO₂、TiO₂、CeO₂中的至少一种。

5.基于权利要求1至4任一项所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，悬浮液配制：将生物质粉末、M_xO_y和聚丙烯腈混合均匀，然后加入极性有机溶剂，经加热、搅拌得到分布均匀的悬浮液；

步骤2，氮掺杂生物炭球前驱体制备：将步骤1中得到分布均匀的悬浮液装入注射管中，注射管以匀速推动力向凝固浴乙醇水溶液中进行滴球操作，得到炭基球前驱体；

步骤3，炭球前驱体干燥、氧化、炭化和活化：将步骤2中的炭基球前驱体用水反复超声浸泡洗涤，后经干燥、氧化、炭化、活化，得到M_xO_y-NC炭球颗粒载体；

步骤4，负载活性组分：将步骤3得到M_xO_y-NC炭球颗粒载体，通过湿浸渍法把活性组分负载于M_xO_y-NC炭球颗粒载体外表面及内部孔道中，后进行干燥、焙烧和还原，得到氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂。

6.根据权利要求5所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述生物质粉末、M_xO_y和聚丙烯腈的混合质量比例为(2～4):(0.4～2):(2～4)；所述极性有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，所述加热温度为60～80℃。

7.根据权利要求5所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述注射管的针头内径为1.00～2.0 mm，注射管匀速推动速率控制在120～180mL/h；所述凝固浴乙醇水溶液质量浓度为25～45％。

8.根据权利要求5所述的氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，氧化为180～290℃之间梯度升温加热，空气流量为50～60 mL/min，升温速率为1～5℃/min；炭化和活化为连续过程，其升温速率为1～10℃/min，氮气流量为100～300 mL/min，炭化温度为550～750℃；活化温度800～900℃。