[发明专利]一种NiSn/C核壳形复合纳米催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请属于催化剂技术领域。本申请提供了一种NiSn/C核壳形复合纳米催化剂及其制备方法和应用。将Ni盐、Sn盐和碳源加入去离子水中，搅拌形成均质的溶胶溶液，将溶胶溶液进行搅拌蒸发形成凝胶，再进行干燥、煅烧，获得NiSn/C核壳形复合纳米催化剂。碳源选择多羧基的柠檬酸，可作为碳源前驱体和还原剂，能够在NiSn双金属表面构筑疏水性碳壳层，可获得较大比表面积和完整球状的核壳形结构，从而提升催化剂活性粒子在水热环境下的热稳定性，且避免发生团聚现象，提升水相中乙醇偶联合成高级醇的催化效率。本申请的NiSn/C核壳形复合纳米催化剂为非均相催化剂，在催化乙醇合成高级醇的过程中，易于分离与回收、污染小，回收后可以循环利用。

技术领域

本申请属于催化剂技术领域，尤其涉及一种NiSn/C核壳形复合纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

高级醇一直以来作为重要的化工原料被用于诸多领域，近年来发现C4+醇也可以作为新一代的生物燃料,并且具有高热值、易混合、高辛烷值、疏水性好，易于分离、易钝化、对发动机管路无腐蚀性等特有的优势,被认为是一种很有潜力的清洁混合燃料。一般情况下，可通过小分子醇的缩合来实现碳链增长制备高级醇，称为Guerbet缩合反应。1899年，Marcel Guerbet首次发现以氢氧化钾作为催化剂，使低分子醇经醇醛缩合后在羟基β位上生成带支链的异构高级醇。Guerbet缩合反应提供了一种使小分子醇直接碳-碳偶联合成异构高级醇的方法，一般Guerbet缩合反应的机理是反应原料醇在催化剂的作用下脱氢生成醛，然后进行亲核加成羟醛缩合，脱去一分子水得到不饱和烯酮，最后在催化剂作用下选择性加氢得到产物。得到的高级醇多为含支链的异构醇，且认为醇脱氢生成相应的醛是在金属的催化作用下发生的，而一般脱氢金属催化剂同时也具有催化加氢能力，所以小分子醇碳碳偶联反应的催化体系通常为脱氢-加氢催化剂和碱性催化剂。

目前，脱氢-加氢催化剂的活性金属多采用有机金属、Pt、Pd、Ir等过渡贵金属，羟醛缩合则多采用NaOH、KOH等均相碱或MgAl水滑石、HAP等固体碱催化剂。尽管有机金属、贵金属催化剂表现出了较好的催化活性，但其存在价格昂贵、回收成本较高、水热环境下性能不稳定、难分离和环境污染的问题，导致生物质小分子醇缩合制备高级醇燃料缺少应用前景。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种NiSn/C核壳形复合纳米催化剂及其制备方法和应用，有效提升脱氢-加氢催化剂的催化效率和催化稳定性，能够用于催化乙醇水溶液直接合成高级醇燃料化学品。

本申请的具体技术方案如下：

本申请第一方面提供一种NiSn/C核壳形复合纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：将Ni盐、Sn盐和碳源加入去离子水中，搅拌形成均质的溶胶溶液；

S2：将溶胶溶液进行搅拌蒸发形成凝胶，再进行干燥、煅烧，获得NiSn/C核壳形复合纳米催化剂；

所述碳源选自C₆H₈O₇·H₂O或C₆H₈O₇。

本申请中，金属Ni作为一种非贵金属元素，地壳中产量丰富，是最好的贵金属替代材料之一。采用金属Sn改性Ni可改变金属Ni的电子环境，进而调控金属Ni的金属性，使其在小分子醇脱氢过程中甲烷化减弱，从而利于高级醇的生成。碳源选择多羧基的柠檬酸，可作为碳源前驱体和还原剂，能够在NiSn双金属表面构筑疏水性碳壳层，可获得较大比表面积和完整球状的核壳形结构，从而提升催化剂活性粒子在水热环境下的热稳定性，且避免发生团聚现象，提升水相中乙醇偶联合成高级醇的催化效率。

优选的，所述Ni盐选自硝酸镍、氯化镍或硫酸镍，所述Sn盐选自SnCl₂·2H₂O或SnCl₄·5H₂O。