原位热解制备氮掺杂碳负载的钼基催化剂及其加氢脱氧反应研究

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木质素作为木质纤维素类生物质的重要组成部分,广泛存在于大自然中,是人类必不可少的资源。然而木质素结构中稳固的三维交联网状分予,使其很难为人类所使用。传统的直接燃烧法不仅利用率低,而且极易排放温室气体,造成全球气候变暖以及森林防火等问题。为了更好的使用木质素来生产所需的能源,研究者利用热解工艺制备生物油,并对生物油进行提质使其可以作为交通燃料和大宗化学品使用。除了制备生物油之外,木质素还可以用来生产芳烃化合物,芳烃是石油化工中的主要反应原料,而木质素中含有丰富的苯环结构,这为芳烃来源提供了新思路。然而木质素苯环结构是通过多种C-O键和C-C键相连而成,其中还含有大量氧原子,这大大限制了木质素转化为高附加值碳氢燃料。因此,发展高效经济的催化剂进行木质素加氢脱氧反应是综合利用木质素的关键。现有大量研究主要集中于硫化钻钼、硫化镍钼催化剂,这些硫化金属体系能够实现模型化合物的催化加氢脱氧反应,但同时伴随着脱硫失活、污染产物以及产物分离等方面的问题,因而限制了硫化金属催化剂的使用。相比于硫化催化剂,人们还探索了高催化活性的贵金属催化剂,如Rh、Ru、Pt、Pd等,但在加氢脱氧反应中,含氧化合物极易聚合结焦,催化剂使用寿命较短,而且经济性较低,无法实现贵金属催化剂的大规模使用。传统方法制备催化剂,工艺过程复杂繁琐,制备周期较长,烘干、焙烧以及还原活化过程中存在溶质迁移或活性组分烧结等问题。本课题设计使用纤维素和过渡金属钼盐在600 oC氨气氛围一步法制备氮掺杂碳基钼催化剂,证实出MoOx@NC催化剂对木质素酚类化合物气相加氢脱氧制备芳烃化合物的可行性,并优化反应条件实现了对反应物的充分完全转化,以及高选择性得到芳烃。其最优反应条件为常压H2氛围,450℃,1.0 h-1的重时空速WHSV,1.5g的催化剂使用量,反应原料中含氧化合物的浓度为20 wt%,具有最高的芳烃碳收率。
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