[发明专利]含锆负载型纳米钌催化剂的制备、性能测试方法及应用

说明书

本发明公开了含锆负载型纳米钌催化剂的制备、性能测试方法及应用，其制备方法包括：S1.将Al(NO₃)₃·9H₂O或Co(NO₃)₂·6H₂O与ZrOCl₂·8H₂O溶解于水中；S2.加入三乙胺，然后对溶液进行控温处理并陈化；S3.将陈化后的溶液进行抽滤得到滤饼；S4.将S3中的滤饼研磨成粉末，进行焙烧处理，待降室温后制得Zr_xAlO载体或CoZr_xO载体；S5.在避光条件下，将聚乙烯吡咯烷酮溶液逐滴加入到氯钌酸水溶液；S6.将Zr_xAlO载体或CoZr_xO载体加入到S5中混合溶液中，然后逐滴加入硼氢化钠溶液，并对溶液进行抽滤、洗涤；S7.将S6中得到的滤饼粉末放置在管式炉中，通入氢气,待管式炉降至室温后取出固体粉末，制得Ru/Zr_xAlO催化剂或Ru/CoZr_xO催化剂。本发明制备了两种具有稳定性能的含锆负载型纳米钌催化剂，即Ru/Zr_xAlO和Ru/CoZr_xO催化剂，它们是同时具有加氢位点和酸性位点的双功能多相催化剂。

技术领域

本发明涉及催化剂及其应用领域，具体涉及含锆负载型纳米钌催化剂的制备、性能测试方法及应用。

背景技术

据预测，到2030年，20％的运输燃料和25％的化学品将由木质纤维素生物质生产，木质纤维素生物质是唯一能够替代化石燃料的可再生碳源。木质纤维素生物质经济，丰富并且具有广泛的全球可用性。更重要的是，木质纤维素生物质是可持续再生的，其衍生的单体可以转化为燃料和许多有价值的化学品。目前，许多研究工作致力于开发用于从木质纤维素生物质生产可再生燃料和化学品的有效催化转化途径。在过去的几十年中，作为可再生燃料和增值化学品的最有前途的平台分子之一，γ-戊内酯(GVL)引起了很多关注。γ-戊内酯具有理想的可持续绿色溶剂的典型特征，由于其具有吸引力的物理化学性质和独特的燃料特性，它可以直接用于化学工业，也可以进一步升级用作燃料添加剂，食品成分，尼龙中间体或可再生溶剂。

目前，已开发的催化乙酰丙酸加氢生产γ-戊内酯的催化剂主要分为：均相催化剂和非均相催化剂。均相催化中所使用的均相催化剂需要多步骤合成，耐久性很差且不易循环再利用，这大大地增加了生产成本。非均相催化剂参与的气相加氢对乙酰丙酸的汽化具有能量敏感性(LA的沸点为245-246℃)，所需工作温度很高。相反地，液相加氢工艺简单且更经济，具有很好的前景和吸引力，但工业上使用的非贵金属催化剂，如Cu基催化剂，其反应参数较为苛刻，催化剂活性不高，工作温度一般在200℃以上，工作压力在3MPa以上，并且催化剂易发生活性金属的浸出和易生成高产率的焦炭。对于工业上使用的贵金属催化剂，如Ru/C,工作温度在150℃以上，工作压力在3MPa以上。

现有技术缺点：

1)工业上乙酰丙酸加氢制γ-戊内酯工艺所使用的均相催化剂制备难度较大，成本很高，反应条件苛刻，催化剂再循环效果差，并且很难进行回收。

2)Ir，Rh，Pt等常用的贵金属催化剂虽然具有良好的催化性能和循环可用性，但价格非常昂贵，会导致生产成本大大增加。另外，挥发性有机添加剂的使用，高压操作等因素限制了它们在工业中的应用。

3)工业上的非贵金属催化剂含有Cu，Ni，Cr等金属元素，存在着催化剂毒性大，用量多且活性不高，反应条件太苛刻和活性金属容易浸出等问题。特别地，催化反应过程中易产生大量焦炭，这无疑会增加分离纯化工艺流程和成本。

4)价格相对较低的钌基贵金属催化剂通常具有最好的活性和选择性，但存在着催化剂稳定性能不好的问题，负载型纳米钌催化剂性能大大取决于载体的选择，有些载体并不能实现金属纳米粒子的高分散性，不能防止催化剂贵金属烧结和焦炭的生成。