[发明专利]一种铜-钯-硼/生物质炭催化剂、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种铜-钯-硼/生物质炭催化剂，其特征在于，所述催化剂的活性组分为铜、钯和硼，负载所述活性组分的载体为生物质炭；其中，以所述催化剂的总重量计，铜的含量为1～10wt％，钯的含量为0.5～3wt％，硼的含量为1～10wt％，剩余为生物质炭载体。

2.制备如权利要求1所述的催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将生物质原料置于极性有机溶剂中，然后在反应釜进行液化处理，制备出具有均质生物质液相炭源前体；优选地，所述的液化处理利用超临界体系的渗透性和溶解能力；

(2)将铜活性组分前驱体盐、钯活性组分前驱体盐和硼活性组分前驱体盐加入上述生物质液相炭源前体中进行微波超声振荡，使其充分溶解于液相炭源前体中，利用静电自组装原理，制得铜-钯-硼-生物质炭复合催化剂液相前体；

(3)得到的铜-钯-硼-生物质炭复合催化剂液相前体组分，通过旋转蒸发、干燥和研磨得到固体粉末催化剂前体；随后将其置于管式炉中，首先在氮气氛围中第一恒温煅烧，冷却至常温；然后再次在氮气氛围中第二恒温煅烧，冷却至常温；最后将煅烧后粉末进行洗涤、离心、干燥和研磨后得到铜-钯-硼/生物质炭催化剂；优选地，所制备的催化剂中铜、钯、硼活性组分是掺杂嵌入在生物质炭芳环或侧链骨架结构中使其具有类MOF和部分超导电子结构。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述极性有机溶剂为乙二醇、二甲基亚砜、1，4二氧六环或二甲基甲酰胺。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质原料为小麦秸秆、玉米芯、稻草秸秆和木质素中的一种或其组合。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的铜活性组分前驱体盐、钯活性组分前驱体盐和硼活性组分前驱体盐为有机金属盐；优选地，硼活性组分前驱体盐为三甲胺硼烷、四羟基二硼烷、硼烷吡啶络合物或二环己胺硼烷。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，液化处理的温度为200-300℃、压力为6.5-10.5Mpa、时间为2-6h。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，第一恒温煅烧的温度为800℃～1000℃，第一恒温煅烧的时间为3h～5h；优选地，步骤(3)中，第二恒温煅烧的温度为1000℃～1200℃，第二恒温煅烧的时间为2h～3h。

8.如权利要求1所述的催化剂或权利要求2-7任一项所述的方法制备的催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂应用于煤层气低温部分氧化制甲醇，反应条件为：催化剂用量200～500mg，煤层气中甲烷体积浓度低于30％，气体进料空速为1000～6000mL·h^-1·g_cat^-1，水蒸气空速为1000～9000mL·h^-1·g_cat^-1，反应温度为180～320℃。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，针对甲烷体积浓度低于30％的煤层气或者爆炸范围(甲烷体积浓度5～15％)煤层气，可以实现煤层气部分氧化制甲醇，煤层气中甲烷转化率大于25％、甲醇选择性高于80％，甲醇产率可达到20mmol·g_cat^-1，使用寿命高于100h。