[发明专利]一种氮掺杂碳负载镍钴双金属纳米催化剂、制备方法、及应用

说明书

本发明公开了一种由糠醛催化转移加氢制备糠醇的方法。在非贵金属催化剂和有机醇存在下，控制反应温度为100‑250℃，糠醛反应物于惰性气氛中通过催化转移加氢反应1‑24h得到糠醇；所述的催化剂为氮掺杂碳负载双金属纳米催化剂，该催化剂是通过水热合成法制备而得，其表达式是XY/NC，其中NC为氮掺杂碳载体，X为镍，Y为钴。本发明提供的方法是以有机醇作为氢源代替高压氢气，安全系数高，采用经济环保的非贵金属催化剂，制备工艺简单，生产成本低廉，催化剂易于分离，循环稳定性好，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于生物质催化转化技术领域，涉及一种氮掺杂碳负载镍钴双金属纳米催化剂及该催化剂用于糠醛催化转移加氢制备糠醇的方法。

背景技术

随着化石资源的消耗和能源问题的加重，利用可再生的生物质资源实现向高附加值燃料和化学品的转化已经引起人们的广泛关注。不可食用的木质纤维素原料因储量大、成本低，从而成为可持续能源的理想原料。糠醛是由木质纤维素原料经过简单的水解处理后得到，是美国能源部筛选出的12种平台化合物之一，具有产量大、来源和应用广泛的优点。糠醛加氢反应中最重要的产物之一是糠醇，每年全球大约有65%的糠醛用于生产制备糠醇。糠醇具有广阔的应用前景，可用于制备铸造用的高分子树脂、增塑剂、燃料和润湿剂、酚醛树脂和脲醛树脂等。

催化转移加氢反应是催化加氢的一条有效途径，该方法是以醇或有机酸作为溶剂和氢供体，在催化剂作用下产生活性氢物种，进而转移到底物分子中实现其不饱和基团的加氢过程，而且此过程无需使用高压氢气，安全系数高。糠醛通过催化转移加氢反应能得到糠醇，目前的研究主要集中于使用负载型单一或复合型的贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和少数非贵金属催化剂，但这些催化剂生产制作成本高，制备过程复杂，加氢反应条件苛刻，目标产物糠醇的产率和选择性有待提高，而且催化剂易发生流失、团聚等而失活。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮掺杂碳负载双金属纳米催化剂。

本发明所述的氮掺杂碳负载双金属纳米催化剂是通过水热合成法制备所得，其制备步骤包括：将硝酸钴、硝酸镍和乙二胺四乙酸钠按照一定比例溶解于甲醇和水的混合溶剂中，将混合均匀后的液体置于恒温箱180~250℃下进行水热反应10-48h。反应结束后，经洗涤、干燥得到EDTA-CoNi金属络合物前驱体。将该前驱体在惰性气氛中于350~650℃焙烧1-6h，即得到所述催化剂。

本发明还提供了一种经济环保的由糠醛催化转移加氢制备糠醇的方法。

一种糠醛催化转移加氢制备糠醇的方法：在非贵金属催化剂和有机醇存在下，糠醛反应物于惰性气氛中通过催化转移加氢反应得到糠醇；所述的非贵金属催化剂为氮掺杂碳负载双金属纳米催化剂，其表达式是XY/NC，其中NC为氮掺杂碳载体，X为镍，Y为钴。

本发明所述的反应温度为100-250℃，反应时间1-24h。

本发明所述的有机醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇，该有机醇作为反应溶剂和氢供体。

本发明所述的糠醛与催化剂的质量比为2-25:1。

本发明所述的催化剂XY/NC中X的含量为催化剂总量的5-60wt%，X与Y两种组分的摩尔比n_X:n_Y为1：(0.1-5)，n代表摩尔数。

本发明所述的惰性反应气氛为氮气。

本发明具有以下优点：

1.本发明使用有机醇作为氢源代替高压氢气，安全、环保经济。

2.本发明采用非贵金属催化剂，实现由糠醛向糠醇的高活性和高选择性转化，催化剂制备过程简单，制作成本低，适合大量生产。

3.催化剂易于分离、循环稳定性好，具有良好的工业应用前景。