[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

说明书

本发明涉及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，涉及资源碳中和技术领域。本发明氮掺杂生物炭基生物油提质催化剂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；载体由生物质、聚丙烯腈和Msubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;制成，Msubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;中M为第IIIA族、IVA族、IVB族、VB族、VIB族或VIIB族中的一种元素；活性组分在载体上负载的质量分数为2～15％。本发明的催化剂能够有效克服传统催化剂强度低、易失活等问题；在300℃、2～4MPa的条件下，对愈创木酚的转化率最高接近100％，脱氧率达96.7％，主要产物为环己烷，选择性高达90％，催化剂连续反应45h后，愈创木酚转化率仍然稳定在99.4％，产物脱氧率稳定在80％。

技术领域

本发明涉及资源碳中和技术领域，具体涉及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。

背景技术

人类社会对化石能源的大量使用促进经济快速发展的同时加剧了全球气候变暖。据国际能源署(IEA)统计数据显示，2021年全球能源相关二氧化碳排放量突破363亿吨，其中石油使用产生的碳排放达107亿吨，占比29％。我国是世界第一大石油进口国和第二大石油消费国，石油资源对外依存度高达70％，由石油燃烧所产生的二氧化碳排放量约为14亿吨/年。在碳中和目标下，未来发展之路是从化石能源的原料体系转变到可再生能源的原料体系。

生物质能由大气中的二氧化碳和水在光合作用下形成，是世界公认的具有零碳属性的可再生资源。地球上生物质资源量丰富，是最有潜力能大规模取代化石资源的循环碳资源。《3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书》显示，我国生物质年产量超过35亿吨，开发潜力约4.6亿吨标准煤，目前实际开发仅0.6亿吨标准煤，预计生物质资源替代技术的成熟应用带来的碳减排潜力约20亿吨。因此，开发生物质转化为液体燃料科技革命，降低对一次化石资源的依赖，促进地表可再生资源代替转型，对我国实现碳中和具有重大意义。

生物质涵盖所有的动物、植物及其衍生物和废物，其中植物性生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素等大分子组成。生物质氧含量较高约50％，导致能量密度低、热值低，因此开发生物质替代燃料面临的核心问题是脱氧。国际上已经尝试开发生物质快速热解部分脱氧得到热解油，通过催化加氢提质对热解油中的C-O和C＝O精准断键脱氧，转化制得燃烧性能近似于汽柴油或航煤的高品位烃类燃料。在此技术路径中，关键核心是开发出对热解油加氢提质具有高催化活性、选择性和长寿命的催化剂。CN110028982 A公开了生物质热解液沸腾床加氢脱氧催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为负载型球形催化剂，其中活性金属组分包含第VIII族金属或第VIII族金属添加有一种或两种第VB、第VIB、第VIIB、第IB和第IIB族金属，载体为高分子聚合物为碳前驱体制备得到的球形耐磨炭基材料。催化剂载体的含量为82～96wt％，活性金属的含量为4～18wt％。但是该催化剂对烃类产物的选择性及循环稳定性尚不清楚。