[发明专利]一种新型氮掺杂水热碳负载铜催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种新型氮掺杂水热碳负载铜催化剂的制备方法及其应用，涉及氮掺杂水热碳和铜基催化剂的制备和应用技术领域。本发明的氮掺杂水热碳负载铜金属催化剂以生物质废弃物为前驱体，与一定浓度的硫酸铵，钨酸铵混合，将混合物至于高压反应釜中进行水热炭化处理，反应后离心分离固相产物，即可得到氮掺杂水热碳。继而通过浸渍法负载铜，高温煅烧后即可得到氮掺杂的铜基催化剂，应用于水相催化糠醛加氢制备糠醇。该催化剂在水相反应中具有较高的活性，选择性和稳定性，且为非贵金属催化剂，具有成本低廉的优势。

技术领域

本发明提供一种新型氮掺杂水热碳负载铜金属催化剂的制备方法及其应用，涉及氮掺杂水热碳和铜基催化剂的制备和应用技术领域。

背景技术

设计高效高选择性的催化过程，将生物质高效转化为精细化学品和液体燃料，具有重要的科学意义。已经有大量研究者报道，生物质基的纤维素和半纤维素可以通过水解-异构化-脱水过程得到糠醛。以糠醛为原料，进一步采用催化加氢的手段可以合成糠醇。这类产品广泛应用于合成呋喃基树脂、呋喃基纤维、润滑剂、药物如赖氨酸和维生素C的中间体。所以从生物基来源的糠醛出发，选择加氢制备糠醇这一条非石油路线，具有重要的研究背景与应用前景。

然而，在糠醛选择性加氢制备糠醇反应过程中，呋喃环的加氢(得到四氢糠醇)、糠醇的氢解(得到2-甲基呋喃)、糠醇的脱羧(得到呋喃)等副反应总会伴随发生，这些都显著地影响着反应的选择性。Cu-Cr体系是最早应用于该反应的体系，然而Cr的高毒性造成环境污染，是一个严重的问题。之后发展起来一系列的贵金属和非贵金属体系。贵金属加氢活性过高，对反应条件要求不苛刻，但通常需加入第二组份减弱其活性，如在Ir/SiO₂和Pt/SiO₂中加入Re或Ti组分后，糠醇的选择性分别提高30％和80％。从成本和储量考虑，廉价金属具有更大的优势，且本身活性适中，选择性相对更为可控。然而，由于廉价催化剂活性适中，通常要求反应体系在高温条件下才能发挥较好的催化作用。但高温水溶液中，糠醛糠醇极易发生聚合反应，故这些廉价金属体系基本都在有机溶剂中进行来避免聚合副反应，且苛刻条件还会伴随着廉价金属的团聚或者流失。相对来讲，水是绿色环保的溶剂，如何设计高效高稳定的廉价金属催化剂，水相催化糠醛选择加氢合成糠醇，仍然是需要解决的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种新型氮掺杂水热碳负载铜金属催化剂的制备方法及其应用，其特征在于，由以下方法制备得到：步骤（1）：以生物质废弃物玉米秸秆为前驱体，与一定浓度硫酸铵，钨酸铵溶液混合，将混合物置于高压反应釜中进行水热炭化处理，炭化温度为200-250℃，炭化时间为0.5-6 h；步骤（2）：反应后离心固相产物，并置于真空干燥箱干燥至恒重；步骤（3）：一定浓度的硝酸铜溶液浸渍上述得到的固体产物，烘干至恒重；步骤（4）：将上述固体产物置于马弗炉中，高温煅烧得到氮掺杂的铜基催化剂，煅烧温度400-800℃，煅烧时间1-6 h，即可得到氮掺杂的铜基催化剂。

本发明的有益效果：通过废弃生物质玉米秸秆与硫酸铵溶液共水热得到氮掺杂富含酸性活性位点的水热碳，并浸渍铜金属，高温煅烧后得到氮掺杂的铜基催化剂。该催化剂在水相反应中具有较高的活性，选择性和稳定性，且为非贵金属催化剂，具有成本低廉的优势。

附图说明

图1是实施例1所用的流程图；

图2是实施例1-6糠醛的转化率以及糠醇的选择性。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

（1）将10 g的玉米秸秆和10g浓度为0.1 mol/L的硫酸铵溶液和钨酸铵溶液混合，将混合物置于高压反应釜中，200℃进行水热炭化处理1 h；

（2）反应后离心固相产物，并置于真空干燥箱干燥至恒重；