[发明专利]一种催化热解自活化原位合成炭基La2

说明书

本发明公开了一种催化热解自活化原位合成炭基La₂O₃催化剂的方法及其产品，属于炭基催化材料的制备及应用技术领域。该方法将木质纤维生物质和镧的盐溶液真空浸渍，得到镧掺杂改性的木质纤维生物质；然后将镧掺杂改性的木质纤维生物质经过管式炉催化热解自活化和焙烧，得到多级孔炭基La₂O₃催化剂。该催化剂催化大豆油酯交换制备脂肪酸甲酯的得率达95％以上，催化活性为单一La₂O₃催化剂的5倍以上。利用本发明原位合成炭基La₂O₃催化剂，无需外加活化剂，掺杂的La可调控炭载体的微孔‑介孔结构，并在介孔道中原位形成纳米氧化物，过程简便、环保，制得炭基催化剂的催化活性高。

技术领域

本发明属于炭基催化材料的制备及应用技术领域，具体涉及一种催化热解自活化原位合成炭基La₂O₃催化剂的方法及其产品。

背景技术

生物柴油作为石化柴油的一种理想替代能源，可以利用可再生的植物油发生酯交换反应制备得到。传统的均相酯交换催化剂，存在腐蚀设备、催化剂难分离、易产生废水等缺点，使得非均相酯交换催化剂日益受到研究者的关注。La₂O₃作为一种稀土金属氧化物，难溶于植物油酯交换反应体系，同时对游离脂肪酸具有一定的耐受性，是一种潜在的非均相催化剂，但其催化酯交换反应活性仍有待提高。多级孔炭材料的制备原料广泛，具有成本低、稳定性好、微孔-介孔道结构可控、比表面积高等优点，作为金属氧化物的载体时，可以降低活性位点的粒度，提升反应分子和活性位点之间的接触效率，从而提高催化活性。

目前炭基金属氧化物催化剂的制备工艺主要采用先合成多级孔炭材料载体，再负载金属前体的方法。这种方法通常存在步骤繁琐、金属氧化物分散不均匀、孔道易被堵塞、比表面积和孔体积下降严重等问题，影响炭基金属氧化物的催化反应活性。生物质热解自活化法制备活性炭材料，成为了物理法和化学法以外的一种新方法，其利用热解产生的气体与固体炭发生气化成孔反应，过程无需外加活性剂，更加简便和环保。然而热解自活化制备的炭材料孔隙结构主要为微孔，介孔道占比非常低，难以构建有效的多级孔结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种催化热解自活化原位合成炭基La₂O₃催化剂的方法，解决目前生物质热解自活化法制备炭材料孔体积小、较难形成丰富的介孔空隙结构等问题。本发明要解决的另一的技术问题是提供一种催化热解自活化原位合成炭基La₂O₃催化剂的方法制备得到炭基La₂O₃催化剂，解决目前炭基金属氧化物催化剂金属氧化物分散不均匀、制备步骤繁琐、孔道易被堵塞、比表面积和孔体积下降严重等问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种催化热解自活化原位合成炭基La₂O₃催化剂的方法，将木质纤维生物质和镧的盐溶液混合后真空浸渍，得到镧掺杂改性的木质纤维生物质；然后将镧掺杂改性的木质纤维生物质经过管式炉催化热解自活化和焙烧，得到多级孔炭基La₂O₃催化剂。具体包括以下步骤：

(1)将木质纤维生物质与镧的盐溶液混合，真空浸渍20～24h，过滤、真空干燥得到La 掺杂改性的木质纤维生物质；镧的盐溶液的浓度为0.06～0.07mol/L，木质纤维生物质与镧的盐溶液的质量比为1g∶4～5mL；

(2)将改性后的木质纤维生物质置于管式炉中部，待管式炉抽至真空后，密闭出口阀门，升温至750～850℃，控制管式炉内压力，催化热解自活化2～4h；管式炉中通入氮气，保持温度不变继续常压焙烧2～4h，产物即为多级孔炭基La₂O₃催化剂。