[发明专利]一种改性活性炭定向催化生物质热解制备苯酚的方法

说明书

本发明提供了一种改性活性炭定向催化生物质热解制备苯酚的方法。该方法以生物质微波炭化得到的活性炭为催化剂载体，负载过渡金属Fe、Co、Zn为活性组分，将金属改性活性炭与生物质原料以一定的比例分别放入固定床反应器中，在惰性气氛保护下升温至400~550℃进行快速催化热解，之后将催化后的蒸气产物快速冷凝即可得到富含苯酚的液体产物。本发明提供了一种生物质通过催化热解制备高纯度苯酚的方法，工艺简单，所用催化剂具有较高的催化活性和选择性，且可回收重复利用，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物质能利用领域，具体涉及一种改性活性炭定向催化生物质热解制备苯酚的方法。

背景技术

苯酚是一种非常重要的有机化工原料，广泛应用于制备酚醛树脂、双酚A和己内酰胺，在医药、农药、油漆、染料、炸药、石油添加剂、木材防腐剂、香料等工业中有着重要的用途。目前，主要通过异丙苯法生产苯酚，采用该工艺生产的苯酚已占世界苯酚产量的90%以上。该工艺所用原料（苯和乙烯）主要来自于化石资源，因而生产苯酚的原料是不可再生的。随着全球化石能源的不断消耗，能源危机及环境问题日益突出，开发可再生资源代替化石资源已成为社会发展的必然趋势。生物质作为一种储量丰富、环境友好、可再生的碳资源，受到了广泛关注。目前，生物质是唯一可替代化石能源制备液体燃料或高附加值化学品的碳资源。生物质热解得到的生物油中含有苯酚化合物，然而生物油中苯酚的含量较低，难以进行提纯利用。因此，需选用适当的催化剂定向催化热解生物质，提高生物油中苯酚的含量。

活性炭（AC）是由木质、煤质和石油焦等含碳原料经高温碳化而得的一种多孔材料，具有较大的比表面积和发达的孔道结构，且其孔道结构可调，既含有微孔结构也含有介孔结构，有利于热解大分子的传质扩散，不易结焦。此外，活性炭具有较强的水热稳定性和酸碱稳定性，在高压、水热惰性条件下不易发生骨架坍塌，可回收重复利用，催化寿命长。因此，活性炭作为催化剂在生物质能领域展现出了良好的发展前景。Bu等在《Phenol andphenolics from lignocellulosic biomass by catalytic microwave pyrolysis》文献中报道了活性炭微波催化生物质热解得到的生物油中苯酚含量最高达38.9%。研究表明，活性炭催化生物质热解可获得较高含量的苯酚化合物。然而，目前文献报道的活性炭催化剂存在活性位点少，催化剂用量高，苯酚收率低等问题，尚未有报道对活性炭进行改性处理以提高其催化活性及目标产物的收率。

发明内容

本发明首次将改性活性炭作为催化剂应用到生物质催化热解领域，提供一种改性活性炭定向催化生物质热解制备苯酚化合物的方法。该方法所用催化剂制备工艺简单、价格低廉，而且具有较高的催化活性和选择性，可实现生物质资源化、高值化利用，具有很好的应用前景。

本发明提供了一种改性活性炭定向催化生物质热解制备苯酚的方法，该方法包括以下步骤：

1）改性活性炭制备：首先将生物质原料浸渍于磷酸溶液中活化处理，浸渍一定时间后干燥，然后将干燥物料置于过渡金属盐溶液中进行改性处理，一段时间后干燥，最后利用微波热解装置对干燥物料进行炭化处理，将炭化后的产物水洗至中性、干燥，得到改性活性炭；

2）生物质催化热解制取苯酚：将步骤1）中制取的改性活性炭与生物质原料以一定的比例（0.5~3）分别放入固定床反应器中，在惰性气氛保护下快速升温进行在线催化热解，之后将催化热解所生成的蒸气产物快速冷凝即可得到富含苯酚的液体产物。

所述生物质为木质纤维素类生物质，包括但不限于木材、农作物秸秆、竹材、玉米芯等，生物质粒径不大于1mm。

步骤1）所述磷酸溶液的浓度为15~25%，浸渍时间为24h，浸渍过程的温度为室温。

步骤1）所述金属盐的种类为硝酸铁、硝酸钴、硝酸锌，金属盐溶液的浓度为5~20%。

步骤1）所述微波炭化温度为450~550℃，炭化时间为0.5~1h，微波加热功率为700W。