[发明专利]橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂的制备方法及应用。本发明将橡胶籽壳进行粉碎过筛并干燥后得到橡胶籽壳颗粒；将橡胶籽壳颗粒放在管式炉中预炭化；将预炭化后的材料加入固体活化剂，并放入管式炉中煅烧；将煅烧后的炭材料用酸或去离子水洗至中性，干燥后即得到橡胶籽壳炭材料。将铜基前驱体水溶液加入到炭材料水溶液中超声，超声结束后放在水浴锅中搅拌，并加入硼氢化钠溶液还原；将溶液清洗并抽滤；烘干后得到橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂，用于糠醛加氢制备糠醇，糠醛转化率可达100%，糠醇选择性最高为90%。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体的说，涉及一种橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

为了实现可持续发展，生物质能越来越受到研究者的关注。我国是一个农业大国，将丰富的农林废弃物二次开发并回收利用，不仅可以缓解能源危机，还能减少环境污染。糠醛是木质纤维素生物炼制最重要的化学产物，是一种很重要的生物质平台分子，可以通过催化加氢合成一系列高附加值产物。

糠醇是糠醛羰基选择性加氢的一种产物，糠醇主要用于生产糠醛树脂、呋喃树脂等，也可以制备果酸、溶剂、增塑剂、火箭燃料等，同时还可以用于合成纤维，橡胶，农药和铸造工业以及合成燃料、医药的中间体等。工业上主要采用液相法、气相法加氢制糠醇，其中最常用的是Cu-Cr系催化剂，但是该催化剂毒性较高，寿命较短，活性不稳定，易造成重金属污染等。

糠醛液相加氢催化剂使用的活性金属包括常见的钌、铂、钯等贵金属催化剂和铜、镍钴、铁等非贵金属催化剂。贵金属催化剂催化活性高，但存在着成本高，生成的副产物多，选择性不易控制等问题。为了解决这一问题，非贵金属催化剂越来越受重视。但非贵金属催化剂的活性和选择性两者难以兼得。单金属铜基催化剂虽然对糠醇的选择性较高，但铜的加氢能力比较弱，单金属铜基催化剂用于糠醛加氢体系的加氢活性相对较低。因此，开发寻找一种低成本、高活性、高选择性的催化剂十分必要。

目前催化剂制备的研究主要集中在金属和载体的筛选，通过改变活性金属、晶粒大小、载体比表面积和孔径分布来提高催化剂活性。将农林废弃生物质通过炭化技术制备多孔活性炭，用于催化体系，这种循环经济模式，有利于促进农林业的可持续发展。目前也有以活性炭为载体制备铜基催化剂的方法，例如公布号为CN104016342A的专利公开了《铜基催化剂载体的制备方法》，但是该活性炭负载铜基存在的问题是：该发明在炭化的过程中需要在混酸（即工业浓硫酸和硝酸混合）的条件下进行，操作过程中存在较大的安全隐患。且炭化效果不佳。

云南省西双版纳等地拥有大量的橡胶资源，而橡胶籽壳却弃之于田间，并未加以利用。将橡胶籽壳生物炭作为糠醛加氢催化体系的载体，不仅可以提高橡胶籽的利用率，还可以开拓出催化体系中生物质基多孔活性炭载体的又一途径。橡胶籽壳的主要成分是纤维素、半纤维素及木质素，它质地坚硬，灰分含量较低，挥发分含量较高等条件均符合制备活性炭的要求。但是橡胶籽壳中含有大量的有机物，这些有机物的存在会堵塞活性炭的多孔结构，降低活性炭的比表面积和吸附性，进而影响活性炭负载铜基催化剂的活性，而铜基催化剂本身就存在加氢活性较低的问题，因此尚未见到将橡胶籽壳活性炭负载铜基催化剂的相关报道。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂的制备方法及其应用，利用农林废弃物橡胶籽壳生物炭作为催化剂载体，经处理有效除去橡胶籽壳中的灰分及挥发分等物质，并通过活化等步骤得到高比表面积、孔隙发达的多孔活性炭，最终得到高活性的橡胶籽壳活性炭负载铜基催化剂。本发明以非贵金属作为活性金属，操作简单、性能稳定、环保低耗、可持续发展、催化剂易回收等优点，所制备的铜基双金属在载体上能够稳定存在。所制备的催化剂在糠醛加氢体系中的催化反应，催化活性高，产物的选择性高，糠醇得率可以达到80%-90%。

为此，本发明有两个主要目的，第一目的在于提供一种橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂的制备方法，第二目的在于将制备出的橡胶籽壳多孔活性炭负载铜基催化剂应用于糠醛加氢反应制备糠醇反应中。