[发明专利]一种铁基多孔炭催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁基多孔炭催化剂及其制备方法和应用，属于生物质焦油催化重整材料技术领域。将海螺螺肉脱水，得到多孔炭前驱体；将含铁金属活性组分溶液注入所述多孔炭前驱体中后浸泡于碱性环境中，然后将所述浸泡得到的固体干燥，得到铁基多孔炭前驱体；将十六烷基三甲基溴化铵、碳酸氢铵和造孔剂混合，得到混合物；将所述混合物涂覆在所述铁基多孔炭前驱体表面，得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体进行固相合成，得到所述铁基多孔炭催化剂，有效避免活性金属组分在炭载体表面迁移损失，用于催化生物质焦油蒸汽重整过程，具有焦油转化率高，催化效率强、耐烧结、抗积碳及循环使用次数多等特点，在有机固废转化等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物质焦油催化重整材料技术领域，尤其涉及一种铁基多孔炭催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

生物质燃烧发电，是缓解当前能源危机，实现“碳中和”目标的重要途径之一。但是，生物质在锅炉燃烧过程中会产生大量的焦油(30％～50％)，不仅造成锅炉运行效率显著降低，而且极易在管道内壁冷凝，严重影响相关设备运行安全。焦油问题已经成为制约生物质在电力领域可持续利用的瓶颈问题之一。在生物质热解/燃烧体系中添加催化剂，是目前最有效抑制焦油形成的途径之一。在反应体系中催化剂的作用下，生物质焦油大分子发生断键所需能量被显著降低，促使其继续发生重整反应形成CO、CH₄、H₂等小分子组分，从而有效抑制焦油的生成。因此，催化剂的性能是决定焦油重整效率的重要因素。

铁基多孔炭催化剂因具有较高的催化反应活性，被广泛应用到生物质焦油催化重整领域中。通过Fe元素化合价态变化引起的氧化还原反应，促进焦油分子的活化重整，促使其向CH₄、H₂等小分子转化，实现焦油的高值转化利用。

目前，常规制备铁基催化剂的方法是通过浸渍、喷淋等手段将铁粒子负载于分子筛、半焦、煤、氧化钙、多孔炭等载体/介质上，形成铁负载型催化剂应用于焦油重整反应过程,如中国专利CN202011412790.6公开了一种以硝酸铁为活性组分，利用各类介质(半焦、H-ZSM-5分子筛、USY分子筛等)为载体制备铁基催化剂；中国专利CN201310302954.3公开了一种重油加氢铁基催化剂及其应用，将硝酸铁与助剂混合溶液缓慢滴加至催化剂载体中制得催化剂半成品，然后通过高温高压加氢硫化制得催化剂；中国专利CN201010272981.7公开了煤粉为载体的铁基催化剂的制备方法，将含铁溶液通过喷淋方式负载在煤粉表面，然后脱水干燥制得催化剂。

上述铁基催化剂制备方法均是先制取载体材料，然后将富含铁粒子的活性组分负载在载体上，经干燥焙烧等处理后获得催化剂成品，该过程中铁粒子与载体表面交联作用强度低，稳定性差，导致催化剂活性差、循环使用次数少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁基多孔炭催化剂及其制备方法和应用。本发明制得的铁基多孔炭催化剂催化活性高、循环使用次数多。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铁基多孔炭催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将海螺螺肉脱水，得到多孔炭前驱体；

将含铁金属活性组分溶液注入所述多孔炭前驱体中后浸泡于碱性环境中，然后将所述浸泡得到的固体干燥，得到铁基多孔炭前驱体；

将十六烷基三甲基溴化铵、碳酸氢铵和造孔剂混合，得到混合物；

将所述混合物涂覆在所述铁基多孔炭前驱体表面，得到催化剂前驱体；

将所述催化剂前驱体进行固相合成，得到所述铁基多孔炭催化剂。

优选地，所述海螺包括猫眼螺、扁玉螺、拟紫口玉螺和绿波纹蜓螺中的一种或多种。

优选地，所述含铁金属活性组分溶液中包括可溶性铁盐、可溶性镁盐和可溶性锆盐。