[发明专利]一种碳钯催化材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳钯催化材料的制备方法及其应用，所述制备方法利用高温预处理‑水热催化技术制备了腐植酸，原位合成了具有纳米级原子簇特征的碳钯催化剂，实现了钯的纳米原子簇级均匀负载、且具有高活性。通过250‑400℃的热解过程，可将天然生物质进行初步的碳化，可解决天然生物质中纤维素等不易被水热碱催化降解、蛋白质和脂肪等易被水热碱催化为小分子物质的技术难题，极大地改善了产物腐植酸的物质组成和产物特征，提高了腐植酸的产率和品质。

技术领域

本发明涉及功能性复合材料领域，尤其涉及一种碳钯催化材料的制备方法及应用。

背景技术

金属钯(Pd)在低温下表现出优异的活性和选择性，具有比其他金属更强的二氧化碳耐受性受到关注。此外，催化剂载体对Pd的内在催化活性和传质过程会产生重要的影响，具有一定的热稳定性能、较大比表面积材料如碳基材料、二氧化钛、二氧化硅、沸石、MOF等都被用来当作催化剂载体。碳基材料具有多孔隙结构、抗酸/碱位点和可调控的表面结构等独特理化性质，特别是某些以生物质废弃物为制备原料兼备成本低廉和生态效益双重优势，近年来成为最有竞争力之一的催化剂载体材料。

碳钯催化材料是将金属钯负载到碳基材料上制成的一种催化剂，经常被化学和化工反应所采用，具有加氢还原催化活性高、选择性强、性能稳定、催化剂制作方便、使用量少等特点，广泛用于石油化工、医药工业、电子工业、香料工业、染料工业和其他精细化工等领域。该复合材料早使用过程中能够反复再生和活化使用，寿命长，废催化剂的金属钯可以回收再利用等优越性。

浸渍法是制造碳钯催化剂最有效和简单常用方法，一般的制造程序是将活性组分的一种可溶性盐，按比例配制成浸渍液，将选择好的一定量载体放入浸渍液中，待吸附饱和后，将负载的载体进行干燥、焙烧、活化等步骤制成催化剂。

由于贵金属存在价格昂贵、活性温度范围窄和有氧存在时易失活等原因，在应用中受到限制，因此制备低载量高活性的钯催化剂被认为是最富有研究潜力的。近年来，单原子催化剂作为一种新兴的催化剂设计策略，取得快速发展并和重大的突破。在单原子催化剂中，每一个过渡金属原子都可以作为活性位点被利用，原子利用率可以达到百分之百。这使得单原子催化剂能够在极低的贵金属载量下获得出色的催化活性。此外，金属-载体之间的电子相互作用带来的独特效果进一步增加了催化剂的内在催化活性。但通过浸渍法很难实现钯碳单原子催化剂的制备。

腐植酸是自然界中广泛存在的大分子有机聚合物，广泛应用于农林牧、石油、化工、建材、医药卫生、环保等各个领域。由于分子结构中含有丰富的羧基、羟基、醇羟基及羰基等活性官能团，故腐植酸分子能与金属离子有交换、吸附、络合、螯合等作用，在分散体系中作为聚电解质、有凝聚、胶溶、分散等作用，可作为高分子材料用于制备钯催化剂。目前，各个领域所使用的腐植酸主要以泥炭、煤或天然为原料通过生物工程(微生物)、化学方法来制备。例如，煤经空气、臭氧或硝酸等人工氧化处理可形成腐植酸，煤用硝酸轻度氧化得到硝基腐植酸。但风化煤、褐煤、泥炭等矿物质资源日益枯竭、再生性差，如何利用可再生型资源开发和制备腐植酸产品用以代替资源日益枯竭的矿物质原料具有重要的现实意义。

发明内容

本发明针对贵金属存在价格昂贵、分散性差、催化活性不理想和有氧存在时易失活等问题，利用高温预处理-水热催化技术制备了腐植酸，原位合成了具有纳米级原子簇特征的碳钯催化剂，实现了钯的纳米原子簇级均匀负载、且具有高活性。

为解决达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种碳钯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1腐植酸的制备

S11将来源不同的生物质原料剪碎到0.2cm以下或磨碎成粉，置于气氛炉中，以氮气为保护气体，以1-10℃/min的升温速率升温至250-400℃并维持0.5-5h，在氮气氛围下自然降温后获得高温预处理的原材料；