[发明专利]一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法

说明书

本发明提供了一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法，该催化剂为三金属混合氧化物催化剂，以铜铝水滑石为骨架，镍原子位于特定的铜铝层板结构上，具有丰富的酸性和碱性催化位点。上述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂能够用于催化纤维素定向转化为复合碳源(回收得到粗甲醇、左旋葡萄糖酮和羧酸)。本发明提供的镍掺杂的铜铝水滑石催化剂制备工艺简单，利于工业化，同时具有晶相结构完整、酸碱性催化位点多、催化效率高、抗结焦性能强和稳定性好的优点；利用该催化剂催化纤维素热解时能够实现定向转化为复合碳源的功能，且提高了复合碳源的收率和产品价值。

技术领域

本发明属于新型工业催化助剂技术领域，特别涉及一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂催化纤维素定向转化为复合碳源的方法。

背景技术

在各种可再生能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还在于它是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态、气态燃料、煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源的重要组成部分，生物质能的高效开发利用对解决能源和生态环境问题将起到十分积极的作用。进入20世纪70年代以来，世界各国尤其是经济发达国家都对此高度重视并积极开展生物质能应用技术的研究，也取得了许多研究成果，达到了工业化应用规模。

中国生物质分布广泛，资源相当丰富，其中仅水稻、玉米、小麦等农作物的总播种面积就达到了1.67亿公顷，这其中产生了相较于粮食产量，数量翻几倍的农作物秸秆资源。但是包括农作物秸秆、木屑等大量生物质能源都被废弃和浪费了，并没有得到有效利用。目前塑料的主要废弃物处理方式有填埋、焚烧等，在全球能源短缺的时代背景下造成了资源能源的浪费和自然环境上的压力。玉米秸秆作为北方最多的生物质固废之一，含有大量的碳质有机物，将玉米秸秆快催化速热解制备甲醇是很有发展前景的处理方式之一。催化快速热解是在原有生物质快速热裂解的工艺基础上，在热化学转化过程中加入催化剂，实现生物质热裂解过程中特定产物的回收及产品的高回收率，从而实现从生物质原料到高价值化学品的“一段式”可能性。

在中国专利数据库中涉及生物质热解、催化剂制备和应用的专利有专利公开号为CN112063400A的《一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法》、专利公开号为CN112010725A的《一种钌改性分子筛催化纤维素热解制备单环芳烃的方法》、专利公开号为CN112007687A的《一种用于提高生物质催化热解烃类产率的催化剂改性方法》、专利公开号为CN111939980A的《一种用于生物质催化热解的MOF骨架催化剂的制备方法》等，这些专利中涉及的方法各具特色，但工艺均较复杂，而且制备的产品价值较低，整体工艺成本较高，未能实现工业化。同时现有技术中用到的催化剂如沸石分子筛、氧化铝、铜系催化剂等，虽然取得较好的甲醇收率，但是甲醇品质较低含有较多其他可凝性气，且催化剂稳定性较低，容易结焦失活。因此，改善制备方法、提高产品品相和开发出酸碱双性活性中心的催化剂对于提升生物质热解机制具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，该催化剂制备工艺简单，利于工业化，同时具有晶相结构完整、酸碱性催化位点多、催化效率高、抗结焦性能强和稳定性好的优点；该催化剂催化纤维素热解时能够实现定向转化为复合碳源的功能，且提高了复合碳源的收率和产品价值。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种镍掺杂的铜铝水滑石催化剂，所述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂为三金属混合氧化物催化剂，以铜铝水滑石为骨架，镍原子位于特定的铜铝层板结构上，具有丰富的酸性和碱性催化位点；所述镍掺杂的铜铝水滑石催化剂为采用以下方法所制备的：

(1)、在搅拌条件下将硝酸镍、硝酸铜和硝酸铝溶于水中，配制金属盐混合溶液A，其中硝酸铜与硝酸铝的摩尔比为1:1～3:1，硝酸铜与硝酸铝的总摩尔量与硝酸镍的摩尔量的比值为5:1～10:1；