CN107537477A - 一种高活性加氢脱氧催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化剂制备领域,具体涉及一种高活性加氢脱氧催化剂及其制备方法和用途。该催化剂按照重量百分数的配方为:贵金属为1~10%,二氧化钛为90~99%,以贵金属作为催化剂的活性组分,以二氧化钛作为载体,通过还原法将贵金属负载在二氧化钛载体上,最后在氢气的作用下,制得高活性加氢脱氧催化剂。本发明制备的催化剂使得愈创木酚能在较为温和的反应条件下发生高效率的加氢脱氧反应,其转化率和脱氧率均达到较高水平,且所用的催化剂原料价格低廉,制备方法简单,活性组分分布均匀,反应活性高,具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于催化剂制备领域,具体涉及一种高活性加氢脱氧催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前国家开始提倡绿色化学,因此可再生资源得到了广泛的关注与研究。木质素作为生物主要组成部分,大部分作为燃料被直接燃烧,在给环境带来巨大压力的同时也造成了资源的浪费。木质素作为天然高分子聚合物,通过催化解聚液化,可以得到富含芳香环的液体产物。但是其中含有大量的氧化物,尤其是酚类衍生物,其腐蚀性强、粘度大、稳定性差、热值低,不能直接作为化石燃料的替代品,因此,对其催化加氢脱氧至关重要,而高效的催化剂是必不可少的。
专利(CN 104744204A)描述了活性金属铂、钌贵金属负载在二氧化硅载体上,该专利中的催化剂需要在600℃高温下还原,反应温度需要在300℃下反应,愈创木酚转化成芳香烃的收率只有5.8%,其缺陷在于消耗大收率小。专利(CN102430409A)描述了一种催化剂的制备,通过化学浸渍法把活性金属铜和镍合金负载在二元复合氧化物ZrO2-SiO2载体上,该专利制备催化剂过程比较繁琐,制备二元复合氧化物还涉及到酸碱平衡,对环境有污染,在这种催化剂的评价中,模型含氧化合物愈创木酚的转化率都比较低,烷烃的收率也较低。专利(CN105001902A)描述了一种愈创木酚催化脱氧加氢制备烃的方法,通过将愈创木酚与醇混合液加入到固定床反应器中,考察愈创木酚的转化率。该反应在温度为500~600℃下进行,反应时间为1~3h,该反应的缺陷在于反应温度较高,浪费资源,对环境也有污染,不是绿色分解。现有技术中还没有发现一种催化剂可以在温和的反应条件下降解愈创木酚,使其有效地转化成烷烃。
发明内容
为了解决现有技术中愈创木酚加氢脱氧反应存在的技术问题,本发明提供一种高活性加氢脱氧催化剂,该催化剂在降低愈创木酚中酚加氢脱氧反应温度的同时,提高愈创木酚的转化率和脱氧率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:提供一种高活性加氢脱氧催化剂,所述催化剂按照重量百分比其组成为:贵金属为1~10%,二氧化钛为90~99%,该催化剂以贵金属作为催化剂的活性组分,以二氧化钛作为载体,通过还原法将贵金属负载在二氧化钛载体上,最后在氢气的作用下,制得高活性加氢脱氧催化剂。
本发明还提供了高活性加氢脱氧催化剂的制备方法,具体操作步骤包括:
(1)将二氧化钛加入到去离子水中搅拌,形成二氧化钛溶液,将贵金属的盐溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌,然后加入氢氧化钠溶液调节pH值为9~13,搅拌以形成混合溶液;
(2)向步骤(1)中的混合溶液加入甲醛溶液,转移至水浴锅中老化,将产物洗涤离心至没有氯离子,真空条件下干燥后,压片磨碎,筛出20~40目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,100~300℃还原1~3h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
作为优选,步骤(1)中的二氧化钛为锐钛矿结构的二氧化钛、金红石结构的二氧化钛或P25。
作为优选,步骤(1)中的贵金属盐为PdCl2、K2PtCl6或RuCl2。
作为优选,步骤(3)中的还原温度为200℃,在此温度下,二氧化钛对活性成分修饰效果明显,并且不会因为温度太高而使得催化剂颗粒很大,影响催化剂的催化性能,此时催化剂催化活性最强。
所制备的催化剂用于催化愈创木酚加氢脱氧反应,其具体操作步骤包括:
将催化剂装入管式固定床反应器中,管式固定床两端加入石英砂,使催化剂放置在中间的恒温区,将固定床反应器密封,设置升温程序,加热至200℃,采用高压恒流泵将对甲氧基苯酚和正葵烷混合物输送到固定床反应器中反应1~3h,每30min取一次冷凝液,采用气相色谱分析法测试反应前后愈创木酚的含量,多次测试,取平均值,计算转化率和脱氧率。
本发明的有益效果:本发明利用氢气在特定温度下的还原作用,使得二氧化钛载体和贵金属之间产生相互作用,二氧化钛迁移到贵金属表面,对其进行修饰,修饰过程中会产生新的活性中心,这种活性中心是愈创木酚加氢脱氧的活性中心,氢气在200℃下的还原作用,得到的催化剂愈创木酚加氢脱氧活性中心最强。在将其用于催化愈创木酚加氢脱氧反应,其加氢脱氧活性中心有利于活化愈创木酚中的酚羟基,使得酚羟基键能降低,因此,本发明制备的催化剂使得愈创木酚能在较为温和的反应条件下发生高效率的加氢脱氧反应,其转化率和脱氧率均达到较高水平,且所用的催化剂原料价格低廉,制备方法简单,活性组分分布均匀,反应活性高,具有很好的应用前景。
具体实施方式
本发明将通过实施例进行更详细地描述,但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
实施例1:
(1)将2g锐钛矿结构的二氧化钛加入到35mL去离子水中,搅拌2h,形成二氧化钛溶液,将3.5g 30mg/mL的PdCl2溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌30min,加入氢氧化钠溶液调节pH值为11,搅拌30min,形成混合溶液;
(2)向步骤(1)中制备的混合溶液加入1g甲醛溶液,转移至90℃水浴锅中,水浴老化1h,将产物洗涤离心至没有氯离子,50℃真空条件下干燥8h,压片磨碎,筛出25~30目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,200℃还原2h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
实施例2
将实施例1中使用的锐钛矿结构的二氧化钛改用金红石结构的二氧化钛,其他步骤同实施例1:
(1)将2g金红石结构的二氧化钛加入到35mL去离子水中,搅拌2h,形成二氧化钛溶液,将3.5g 30mg/mL的PdCl2溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌30min,加入氢氧化钠溶液调节pH值为9,搅拌30min,形成混合溶液;
(2)向步骤(1)中制备的混合溶液加入1g甲醛溶液,转移至90℃水浴锅中,水浴老化1h,将产物洗涤离心至没有氯离子,50℃真空条件下干燥8h,压片磨碎,筛出20~25目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,200℃还原2h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
实施例3
将实施例1中使用的锐钛矿结构的二氧化钛改用P25,其他步骤同实施例1:
(1)将2g的P25加入到35mL去离子水中,搅拌2h,形成二氧化钛溶液,将3.5g 30mg/mL的PdCl2溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌30min,加入氢氧化钠溶液调节pH值为13,搅拌30min,形成混合溶液;
(2)向步骤(1)中制备的混合溶液加入1g甲醛溶液,转移至90℃水浴锅中,水浴老化1h,将产物洗涤离心至没有氯离子,50℃真空条件下干燥8h,压片磨碎,筛出30~35目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,200℃还原2h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
实施例4
将实施例1中使用的PdCl2溶液改用K2PtCl6溶液,其他步骤同实施例1:
(1)将2g锐钛矿结构的二氧化钛加入到35mL去离子水中,搅拌2h,形成二氧化钛溶液,将3.5g 30mg/mL的K2PtCl6溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌30min,加入氢氧化钠溶液调节pH值为10,搅拌30min,形成混合溶液;
(2)向步骤(1)中制备的混合溶液加入1g甲醛溶液,转移至90℃水浴锅中,水浴老化1h,将产物洗涤离心至没有氯离子,50℃真空条件下干燥8h,压片磨碎,筛出35~40目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,200℃还原2h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
实施例5
将实施例1中使用的PdCl2溶液改用RuCl2溶液,其他步骤同实施例1:
(1)将2g锐钛矿结构的二氧化钛加入到35mL去离子水中,搅拌2h,形成二氧化钛溶液,将3.5g 30mg/mL的RuCl2溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌30min,加入氢氧化钠溶液调节pH值为12,搅拌30min,形成混合溶液;
(2)向步骤(1)中制备的混合溶液加入1g甲醛溶液,转移至90℃水浴锅中,水浴老化1h,将产物洗涤离心至没有氯离子,50℃真空条件下干燥8h,压片磨碎,筛出25~30目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,200℃还原2h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
实施例6
将实施例1步骤(3)中的还原温度由200℃调整为300℃,其他同实施例1。
实施例7
将实施例1步骤(3)中的还原温度由200℃调整为100℃,其他同实施例1。
对比实施例1
将实施例1步骤(3)中的还原温度由200℃调整为500℃,其他同实施例1。
对比实施例2
将实施例1步骤(3)中的还原温度由200℃调整为400℃,其他同实施例1。
对比实施例3
将实施例1步骤(3)中的还原温度由200℃调整为50℃,其他同实施例1。
对比实施例4
称取2g锐钛矿结构的TiO2加入到35mL的去离子水中,在室温下搅拌2h,加入3.5g的30mg/mLPdCl2溶液滴加到TiO2溶液中搅拌3h,室温浸渍12h,50℃真空干燥8h,压片磨碎,筛出20~40目的颗粒,在固定床中通入氢气,200℃还原1~3h,得到加氢催化剂。其他步骤同实施例1。
对比实施例5
称取2g Al2O3加入到35mL的去离子水中,在室温下搅拌2h,加入3.5g的30mg/mLPdCl2溶液滴加到Al2O3溶液中搅拌30min,加入氢氧化钠调节pH值为9~13,室温下搅拌1h,加入甲醛溶液1g,转移至90℃的水浴锅中,水浴老化1h,洗涤离心至无Cl-,50℃真空干燥8h,压片磨碎,筛出20~40目的颗粒,在固定床中通入氢气,200℃还原1~3h,得到加氢催化剂,其他步骤同实施例1。
对比实施例6
称取2g SiO2加入到35mL的去离子水中,在室温下搅拌2h,加入3.5g的30mg/mLPdCl2溶液滴加到SiO2溶液中搅拌30min,加入氢氧化钠调节pH值为9~13,室温下搅拌1h,加入甲醛溶液1g,转移至90℃的水浴锅中,水浴老化1h,洗涤离心至无Cl-,50℃真空干燥8h,压片磨碎,筛出20~40目的颗粒,在固定床中通入氢气,200℃还原1~3h,得到加氢催化剂,其他步骤同实施例1。
对比实施例7
以2.5g Ni(NO3)2.6H2O代替实施例1中的3.5g的30mg/mL PdCl2溶液滴加到TiO2溶液中,其他步骤同实施例1。
对比实施例8
以3.6g Fe(NO3)3.9H2O代替实施例1中的3.5g的30mg/mL PdCl2溶液滴加到TiO2溶液中,其他步骤同实施例1。
对比实施例9
步骤(3)中不通入氢气,其余操作步骤同实施例1:
性能测试:
以异丙基苯酚为内标,乙酸乙酯萃取反应液后,萃取相和剩余反应液均进样气相色谱,分析测定加氢脱氧反应中产物的含量,色谱分析条件:Agilent DB-5色谱柱(30m*0.25mm,0.25μm),高纯氮为载气,FID检测,检测室温度为280℃。通过反应产物检测发现:主要产物有2-甲氧基环氧酮、2-甲氧基环己醇、环己烷、甲基环戊烷和甲醇;少量产物有环己酮、环己醇、1,2环己二醇和苯酚。
愈创木酚转化率=(反应前愈创木酚的含量-反应后愈创木酚的含量)*100%/反应前愈创木酚的含量。
愈创木酚脱氧率=(愈创木酚转化为非含氧化合物的量)*100%/反应前愈创木酚的含量。
将0.2g催化剂装入管式固定床反应器中,管式固定床两端加入石英砂,使催化剂放置在中间的恒温区,将固定床反应器密封,设置升温程序,加热至
200℃,采用高压恒流泵将愈创木酚和正葵烷摩尔比为1:1的混合物输送到固定床反应器中反应3h,每30min取一次冷凝液,采用气相色谱分析法测试反应前后愈创木酚的含量,多次测试,取平均值,计算转化率和脱氧率,如表1所示。
表1实施例和对比例相关数据对照表
由表1可知:①氢气的使用以及氢气还原温度对催化剂的性能有显著的影响,200℃为最佳的处理温度,反应温度较为温和,当不用氢气进行还原时,制备的催化剂催化效果大幅度降低;②本发明制备的催化剂在催化愈创木酚加氢脱氧反应过程中表现了更高的转化率、脱氧率和选择性,由此可知,本发明制备的催化剂具有愈创木酚加氢脱氧活性中心。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种高活性加氢脱氧催化剂,其特征在于:所述催化剂按重量百分比其组成为:贵金属1~10%,二氧化钛90~99%,所述催化剂以贵金属作为催化剂的活性组分,以二氧化钛作为载体。
2.如权利要求1所述的高活性加氢脱氧催化剂的制备方法,其特征在于:所述制备方法的具体操作步骤包括:
(1)将二氧化钛加入到去离子水中搅拌,形成二氧化钛溶液,将贵金属盐溶液滴加到二氧化钛溶液中并搅拌,然后加入氢氧化钠溶液调节pH值为9~13,搅拌以形成混合溶液;
(2)向步骤(1)的混合溶液中加入甲醛溶液,转移至水浴锅中老化,将产物洗涤离心至没有氯离子,真空条件下干燥后,压片磨碎,筛出20~40目的颗粒,记为固体A;
(3)将固体A放入固定床中并通入氢气,100~300℃还原1~3h,制得高活性加氢脱氧催化剂。
3.如权利要求2所述的高活性加氢脱氧催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中的二氧化钛为锐钛矿结构的二氧化钛、金红石结构的二氧化钛或P25。
4.如权利要求2所述的高活性加氢脱氧催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中的贵金属盐为PdCl2、K2PtCl6或RuCl2。
5.如权利要求2所述的高活性加氢脱氧催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中的还原温度为200℃。
6.如权利要求1所述的高活性加氢脱氧催化剂的应用,其特征在于:所述催化剂用于催化愈创木酚的加氢脱氧反应,其具体操作步骤包括:
将催化剂装入管式固定床反应器中,管式固定床两端加入石英砂,使催化剂放置在中间的恒温区,将固定床反应器密封,设置升温程序,加热至200℃,采用高压恒流泵将愈创木酚和正葵烷混合物输送到固定床反应器中反应1~3h,每30min取一次冷凝液,采用气相色谱分析法测试反应前后愈创木酚的含量,多次测试,取平均值,计算转化率和脱氧率。
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