[发明专利]特征碳膜包覆的微波放电金属催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种特征碳膜包覆的微波放电金属催化剂的制备方法及应用，涉及催化剂的制备技术领域。其主要解决了现有技术中的微波放电金属催化剂工艺流程繁琐、热解效率低的技术问题。本发明的特征碳膜是以生物质管状膜为载体，以镍和钴为活性组分，一定直径和长度的金属丝贯穿于特征碳膜细微孔结构中制备得到微波放电金属催化剂。将其应用于褐煤、生物质以及固体废弃物等热解实验中，微波作用下，金属丝两尖端放电效应耦合特征碳膜催化作用强化热解反应，加速催化褐煤、生物质以及固体废弃物热解气的产生。本发明微波放电金属催化剂代替传统热解过程中金属氧化物等其它催化剂，将其应用于实验，具有成本低、热解气产率高等优点。

技术领域

本发明涉及催化剂的制备技术领域，具体涉及一种微波放电金属催化剂的制备方法。

背景技术

褐煤作为一种储量较大的煤种，日益受到广泛的关注。但其热值低、水分高、易自燃等缺点使其利用效率较低。因此研究褐煤的清洁高效利用技术以缓解能源紧张和环境压力具有现实而重要的意义。褐煤微波热解有能耗低、热解时间短、转化效率高和清洁环保等优势，具有极大的研究价值。煤的热解是指将煤在惰性气氛中加热到特定温度所进行的一系列物理及化学反应的总称。在这个过程中会生成气态(煤气，含CO、CO₂、H₂、CH₄等气体)，液态(煤焦油，含石蜡烃类、芳烃类及各种杂环化合物)及残留固体芳构化所形成的半焦或焦炭等产品，特别是低阶煤热解能得到高热值的半焦和中等热值的煤气。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，极有可能成为未来可持续能源系统的重要组成部分。热解是生物质热化学转化方式的一种，可以将生物质能转化为气、液、固等三相能源产品。在当前化石燃料日益减少的背景下，通过热解生物质制取生物油、合成气等替代燃料和化学品,成为国内外研究的热点。

微波加热具有即时性、整体性、选择性和高效性的特点，将其应用于褐煤或生物质热解，可以降低原料的预处理要求，使预处理成本大幅下降。而热解产物的综合性能和经济价值却不会降低，甚至大幅提高。随着微波技术的不断发展以及国内外学者的研究，微波热解褐煤或生物质己经成为当前非常重要的利用途径，其合成气产气率远远高于常规热解。

微波辅助热解实验中常用金属类催化剂，其主要分为碱金属、碱土金属以及金属氧化物。炭膜作为一种新颖的无机膜石油含碳物质经高温热解炭化制成的，不仅具有较高的耐高温、耐酸碱和化学溶剂的能力，较高的机械强度，而且还具有均一的孔径分布和较高的渗透能力及选择性。通过炭膜负载金属类催化剂表现出更好的活性、稳定性和抗积碳性能。

CN 104096563 B公开了一种铁系催化剂及其制备方法。该催化剂包括活性成分、结构助剂以及载体，将含有活性成分FeOOH的铁系催化剂加入包含氧化硅的结构助剂并负载于煤粉上，由于Si与Fe的相互作用，极大的提高了煤液化效率。

CN 103447060 A公开了一种催化剂及利用该催化剂对焦油进行提质处理的方法，该催化剂为碱金属盐负载催化剂，并采取一下制备方法：将碱金属盐溶液滴加到载体颗粒上，使溶液均匀浸润颗粒，之后将颗粒烘干、焙烧、冷却后得到碱金属盐负载催化剂。但是制备催化剂工艺流程比较复杂，耗能比较多。

CN 107866250 A公开了一种碳包贵金属纳米催化剂的制备方法，该催化剂是将Co₂C催化剂进行煅烧后，加入可溶性贵金属盐溶液浸渍后得到的。该催化剂制备成本高，不宜大规模推广使用。

当前，褐煤、生物质以及固体废弃物热解存在热解效率较低，热解气与焦油产率不高，催化剂制备工艺较复杂，耗能高等问题。因此，急需研究一种应用于褐煤、生物质及固体废弃物热解的催化剂。

发明内容