[发明专利]一种用于硫酸盐木质素微波催化解聚的三维多孔网状炭基纳米花催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于硫酸盐木质素微波催化解聚的三维多孔网状炭基纳米花催化剂的制备方法，将密胺树脂泡沫制备成立方体，分别用去离子水和乙醇洗涤后干燥，干燥完成后，在N₂气氛下进行碳化；碳化结束后降温至室温，得到N‑CMF；将钼酸铵溶液煮沸后，在加热并搅拌条件下，滴加硝酸铁溶液，形成透明溶液重结晶，经过抽滤获得钼铁白色晶体；将钼铁白色晶体、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮混合后，加入去离子水，搅拌得到混合溶液；将N‑CMF与混合溶液混合进行水热反应，反应结束后冷却，产物使用去离子水清洗若干次，然后干燥，得到FeMoS/N‑CMF催化剂。

技术领域

本发明属于生物质能源利用领域，具体涉及一种用于硫酸盐木质素微波催化解聚的三维多孔网状炭基纳米花催化剂的制备方法。

背景技术

木质素是林业生物质精炼过程产生的主要副产物，其产量巨大。硫酸盐木质素存在于制浆过程产生的黑液中，每年制浆造纸工业大约产生含5000 万吨木质素的黑液，但是仅有2％被利用。随着生物质精练理念的提出及快速热解技术的发展，众多学者对木质素解聚或重组成小分子，进而转化成生物质基平台化学品、高品位燃料、生物质基材料等产生极大兴趣。同时从原料结构特性角度出发，硫酸盐木质素由于富含芳香环，且连接有大量的羟基等活性官能团，具有替代传统化石资源制备单酚类化合物等高价值精细化学品的潜力。

相比传统木质素，硫酸盐木质素由于在蒸煮过程中绝大多数的烷基芳基醚键(如α-O-4，β-O-4等)在亲核试剂的进攻下发生断裂，并且高温高压下苯环结构之间发生了一定程度的缩合，致使其含有较多的碳碳键(5-5，β-5 等)和较少的醚键(4-O-5等)，从而进一步导致硫酸盐木质素聚合度低且难以高效转化。如今硫酸盐木质素的催化解聚，主要是以热化学转化解聚为主，但是常规的热转化以较低的传热速率从原料表面传导至内部，极易导致带苯环的自由基缩聚。

相比之下微波催化解聚方法是通过微波介电加热，能够使能量迅速传至木质素的各个官能团上发生“非致热效应”，从而实现木质素的充分转化。

微波催化解聚对于加快反应速率、提高液体产物产率具有明显的效果，通过引入催化组分实现木质素结构中主要连接键的定向剪切和转化，是获得高效转化的定向调控产物的关键。炭基材料比金属材料具有更优良的电损耗性能，且具有质量轻、介电性能可控、制备原材料丰富等优点，可以实现“吸波传热”与“催化转化”的协同；所以构筑以炭基材料为载体制备催化剂，对于实现催化剂在微波环境中“吸波传热”与“催化转化”的协同作用具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于硫酸盐木质素微波催化解聚的三维多孔网状炭基纳米花催化剂的制备方法，以克服现有技术的缺陷，本发明制备得到的三维多孔网状炭基纳米花催化剂(FeMoS/N-CMF)，可以用于硫酸盐木质素微波辅助解聚蒸气在线催化重整过程中的择形催化，将硫酸盐木质素转化为对羟苯基型(H型)单酚类化合物，对于实现硫酸盐木质素的高值化利用具有重要意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于硫酸盐木质素微波催化解聚的三维多孔网状炭基纳米花催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将密胺树脂泡沫制备成立方体，分别用去离子水和乙醇洗涤后干燥，干燥完成后，在N₂气氛下进行碳化；碳化结束后降温至室温，得到 N-CMF；

步骤二：将钼酸铵溶液煮沸后，在加热并搅拌条件下，滴加硝酸铁溶液，形成透明溶液重结晶，经过抽滤获得钼铁白色晶体；

步骤三：将钼铁白色晶体、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮混合后，加入去离子水，搅拌得到混合溶液；

步骤四：将步骤一得到的N-CMF与步骤三得到的混合溶液混合进行水热反应，反应结束后冷却，产物使用去离子水清洗若干次，然后干燥，得到 FeMoS/N-CMF催化剂。

进一步地，步骤一中干燥温度为45～70℃，时间为6小时。