[发明专利]一种复合金属氧化物催化剂及其应用

说明书

本发明涉及生物质催化转化制取液体燃料和化工产品领域，公开了一种复合金属氧化物催化剂的制备及应用，该催化剂采用下述制备方法得到，将海藻酸钠和纤维素纳米组成的模板剂悬浮液引入氯化铈和氯化锰的混合溶液中，通过插层自组装方法形成凝胶微珠，再煅烧氧化形成最终催化剂。本发明方法制备的催化剂具有对多种生物质热解产物酮化的高选择性与高产率，便宜高效，适合规模化生产。

技术领域

本发明涉及生物质催化转化制取液体燃料和化工产品领域，具体涉及一种复合金属氧化物催化剂及其应用。

背景技术

当今世界正面对着化石燃料的枯竭与环境保护的各种问题，人类急需找到一种可持续使用的替代能源。生物质能源作为一种取之不竭、用之不尽的能源逐渐进入了人类的视野，其可以转化成各种形态的能源与高价值化学品。因此，大力发展生物质能源对人类社会的进步与保持文明形态具有十分重要的意义。

目前国内外对于生物质能源的利用主要有热化学转化和生物化学转化两种途径。其中，热化学转化可以使生物质气化，在一定条件下下转化成生物油或其他高价值化学品。由于生物质来源和工艺水准和不同，由此衍生的生物油是一种由多种含氧化合物组成的复杂混合物，其含量差异很大，通常包括呋喃类、糖类、酸类、醛类、酚类以及其他含量较低的含氧化合物，必须进一步升级才能形成可使用的燃油或化学品。

近年来，研究者针对生物质热化学转化这一领域，在热解过程中加入了不同的催化剂，使得生物质往不同的方向转化。其中，生物质定向热解制备酮类物质，更有利于往高品质燃油转化部分学者研究关于生物质热解气酮化部分，最高的酮类物质产率大约为23.5％，远低于其中的可酮化物质含量。主要由于生物质热解气并不会全部往酮类物质转化，一部分也转化成了其他物质。

在专利CN107603649A中说明了一种富酮生物油及富镁活性炭的制备方法，主要利用海水对生物质进行改性，然后直接热解得到富酮生物油和富镁活性炭，其中利用海水中的金属元素(镁)作为催化剂。但是镁作为生物质酮化的催化剂仍显不足，主要是转化率仍低于理论值。因此，制备一种合适的催化剂就显得尤为重要。

生物质热解气含有大量酸类物质，在酸类物质酮化过程中，会首先和金属氧化物催化剂结合生成羧酸盐，这就容易堵塞孔道结构，使催化剂结焦失活。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供复合金属氧化物催化剂的制备及应用。本发明提出的技术方案为：

一种复合金属氧化物催化剂，采用下述制备方法得到，将模板剂悬浮液引入含有铈盐和锰盐的混合溶液中，冷冻干燥形成凝胶微珠，再煅烧氧化形成所述的复合金属氧化物催化剂，所述的模板剂选自海藻酸钠、纤维素纳米纤维、纤维素纳米纤维、碳纳米管、水滑石中的一种或多种混合物。

试验选取的模板剂材料溶于水后会形成模板剂悬浮液，这个悬浮液在中性PH条件下会带负电荷。金属盐溶于水后会形成金属阳离子。

将两种悬浮液和金属盐溶液混合后，金属阳离子会受到负电荷的吸引，发生离子的交换，金属阳离子会与模板剂交联形成凝胶微珠。

在这一过程中，金属阳离子会插层到模板剂中，并且是在静电作用下进行，因此为插层自组装方法。

优选的，具体制备方法如下：

(1)取一定量的模板剂，加水配置一定浓度的模板剂悬浮液，模板剂的浓度不高于2wt％；

(2)取一定量铈盐和锰盐，加水配置含铈盐和锰盐的混合溶液，其中含有的铈和锰的摩尔比为1:9～9:1，铈和锰的总摩尔浓度为5～15％；

(3)将模板剂悬浮液引入铈盐和锰盐混合溶液中，模板剂悬浮液与含铈盐和锰盐的混合液的体积比为：(1～5):1；

(4)在60～80℃下加热搅拌0.5～3h；