介孔掺氮炭负载镍基催化剂催化木质素解聚制备单酚类化合物

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suwenyin52
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木质素是自然界中最丰富的芳香化合物资源,它由三种苯丙烷单元组成,在生产芳香化合物并制备精细化学品和高值燃料方面具有巨大潜力。然而,由于木质素复杂的化学结构以及化学惰性,令其难以得到充分利用。而催化解聚木质素被认为是实现木质素高值化利用的最有效的方法之一。因此,制备一种廉价、高效且稳定性好的金属催化剂对于降解木质素制备单酚类化合物,进而对木质素的高值化利用具有重要意义。论文以氨基葡萄糖盐酸盐为碳源,乙二胺为氮源,纳米二氧化硅为模板剂,通过水热法合成了氮掺杂炭载体,负载金属镍,制备了介孔大小可调控的金属催化剂Ni10wt%/NHC(22)-1,并研究了其在木质素加氢解聚中的应用,为木质素的高效解聚提供了理论基础和应用途径。论文探究了在催化剂制备过程中,介孔大小、氮掺杂量等因素对催化剂形貌和催化性能的影响。通过氮气吸脱附测试、X射线衍射、透射电子显微镜及扫描电子显微镜等表征手段对催化剂的微观结构和催化性能进行分析表征。当以模板剂纳米二氧化硅(22nm)作为致孔剂,乙二胺和氨基葡萄糖盐酸盐的质量比为0.25,金属镍负载量为10 wt%时,制备得到的镍基催化剂Ni10wt%/NHC(22)-1呈片状结构,介孔丰富且大小均一,有较大的比表面积(646.8 m~2·g-1)、较大的孔径(23.4 nm)和较大的孔容(1.98 cm~2·g-1),通过调控介孔大小发现,大小为20-25 nm的介孔孔道最适合木质素分子的解聚和扩散。乙二胺的加入在碳骨架中掺杂了氮原子,有利于在炭载体上形成富缺陷位,掺杂的氮原子与负载的Ni之间存在电子相互作用,降低Ni的还原温度,并有效防止Ni的团聚,形成粒径较小(4.4 nm)且高度分散的Ni纳米颗粒,提供更多的活性位点,进而高效解聚木质素。通过单因素实验探索出了金属催化剂Ni10wt%/NHC(22)-1催化降解木质素的最优工艺条件,并通过气相色谱-质谱联用、凝胶渗透色谱等表征手段对解聚产物的分布情况进行探究。当Ni10wt%/NHC(22)-1催化剂添加量为0.06 g,反应温度为300℃,反应时间120 min,氢气压力1 MPa的条件下解聚0.3 g有机溶剂木质素时,可以得到32.93%的单酚收率和73.27%的生物油得率,并且具有良好的产物选择性。与商业Pd/C和Ru/C相比,Ni10wt%/NHC(22)-1催化剂制备成本低廉,方法简单,且具有良好的催化活性,对于促进木质素的高效解聚制备芳香单体具有巨大潜力。
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