[发明专利]一种蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及用于催化葡萄糖制备山梨醇的催化剂技术领域，具体涉及一种蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着石化原料的不断枯竭，对可再生资源生物质的利用逐渐引起了人们的极大关注与研究。生物质能源因其具有资源丰富、可再生、低污染等优点，使得其在人类生活和社会活动中的利用价值不断提高，对生物质的研究与利用已经形成一种趋势，可以创造极大地价值与便利。我国是农业大国，每年产生大量的农作物秸秆和农副作物产品的谷壳，其中，对废料蔗渣的回收利用具有节约资源、环保的优点。

葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，可以通过生物质资源制备。葡萄糖可以通过物理、化学或生物法制备一系列化学品和燃料，被广泛应用在人类日常生活。其中，山梨醇作为由葡萄糖制备的重要平台化合物之一，具有很大的实用和研究价值，在食品、日化、医药等行业都有极为广泛的作用，可作为甜味剂、保湿剂、防腐剂等使用。目前，在工业生产中，山梨醇主要通过金属催化剂催化葡萄糖加氢反应制得。早期研究主要采用金属镍作为活性金属，但这种金属制备的催化剂稳定性差，易在反应过程中流失。针对这一技术不足，如何获得催化性能高且稳定性好的催化剂引起了极大关注。利用活性炭多孔易附着的优势，以蔗渣为原料，采用碳化-浸渍法制备碳基钌催化剂，各方面优化了催化剂的性能，获得了催化性能良好、可多次重复使用的新型催化剂。对催化剂的改善和优化，从而获得高的转化效率，使得葡萄糖制备山梨醇具有更大的应用价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂，该催化剂具有良好负载钌的能力，催化性能良好，可重复使用。

本发明的目的还在于提供所述一种蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂的制备方法，该制备方法以蔗渣为原料，碳化-浸渍法制备碳基钌催化剂(Ru/CSB)，回收利用蔗渣制备碳化负载钌生物质基催化剂。

本发明的目的还在于提供所述的一种蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂在催化葡萄糖制备山梨醇中的应用。

本发明目的通过如下技术方案实现。

一种蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料蔗渣经粉碎机粉碎，并真空干燥；

(2)将粉碎后的蔗渣进行抽提脱蜡，并真空干燥；

(3)将脱蜡后的蔗渣进行高温碳化；

(4)取RuCl₃·xH₂O和碳化后的蔗渣于平底烧瓶中，加入超纯水，搅拌混合均匀；滴加NaBH₄水溶液，再次搅拌进行反应；反应结束后，混合物用去离子水反复过滤、洗涤，除去氯离子，真空干燥，得到所述蔗渣碳化负载钌生物质基催化剂。

进一步地，步骤(1)中，所述粉碎是粉碎至蔗渣大小为150～180um。

进一步地，步骤(1)中，所述真空干燥是在50～80℃下真空干燥10～15h。

进一步地，步骤(2)中，所述抽提是在索氏抽提器中，利用甲苯-乙醇混合溶剂体系进行抽提。

更进一步地，步骤(2)中，所述甲苯-乙醇混合溶剂体系中，甲苯与乙醇的体积比为2:1。

进一步地，步骤(2)中，所述抽提的温度为120～150℃，抽提的时间为5～8h。

进一步地，步骤(2)中，所述真空干燥是在50～80℃下真空干燥12～16h。

进一步地，步骤(3)中，所述高温碳化是在管式炉中、氮气气氛下进行，氮气的流速为70mL/min，碳化的温度为300～500℃，优选为450℃，碳化的时间为1.5h，碳化结束后，冷却至室温；碳化后的蔗渣为黑色粉末状的蔗渣不完全碳化产物(Carbonized sugarcane bagasse,CSB)。

进一步地，步骤(4)中，所述RuCl₃·xH₂O和碳化后的蔗渣的质量比为1:5～1:10。

进一步地，步骤(4)中，所述碳化后的蔗渣与超纯水的料液比为1:50:～1:100g/mL。

进一步地，步骤(4)中，所述搅拌混合均匀的时间为2～3h。

进一步地，步骤(4)中，所述NaBH₄水溶液为现配现用溶液，浓度为1wt％。

进一步地，步骤(4)中，所述碳化后的蔗渣与NaBH₄水溶液的料液比为1:100～1:150g/mL。

进一步地，步骤(4)中，所述反应的时间为4～5h。