氮化碳复合类水滑石催化剂的制备及催化5-羟甲基糠醛加氢性能研究

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化石燃料储量的减少,人为温室气体排放引起的气候变化和日益严重的环境问题,刺激了利用可再生资源生产清洁生物燃料的研究。生物质能源以其多样性、广泛性、丰富性、廉价性的特点引起社会的广泛关注。生物质不仅可以储存太阳能,还可以通过适当的处理转化成固体、液体或气体燃料。其中,生物质在酸性条件下可以转化生成5-羟甲基糠醛(HMF)。HMF是重要的生物质基平台化合物,可以催化转化生成具有高附加值的化学品和燃料。在HMF众多的衍生物中,2,5-二甲基呋喃(DMF)由于其特性与许多现有的运输燃料相似,被誉为第二代生物燃料。因此,HMF制备DMF这一领域的研究对化学工业和能源部门都具有重要意义。类水滑石(LDH)的高温衍生金属氧化物(MMO)具有独特的结构记忆效应和热稳定性,被广泛应用于催化领域。氮掺杂碳结构的“锚定位点”作用,可以抑制金属粒子的流失和聚集,使催化剂结构更加稳定。本文围绕非贵金属制备了氮掺杂碳类水滑石基催化剂,用于HMF加氢制备DMF。主要工作概括如下:(1)HMF在改性Co Al-水滑石催化剂上加氢制备DMF。通过水热法制备了一种新型含Cu、Co、Ni、Al的混合金属氧化物催化剂CuCoNiAl-MMO,并将其应用于HMF催化氢解制备DMF。通过SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR和H2-TPR等对催化剂进行了表征。考察了反应时间、反应温度和氢气压力对HMF加氢反应的影响以及催化剂的循环使用性能。在相对温和的反应条件(180°C,1.0 MPa H2,6 h)下,CuCoNiAl-MMO对HMF加氢制DMF具有较高的初始活性和选择性,HMF的转化率为99.8%,DMF的选择性为95.3%。(2)非贵金属Co NCx/NiFeO催化HMF高效选择性加氢制DMF。通过超声剥离法将酞菁钴(Co Pc)与Ni Fe-LDH复合,N2氛围下550°C煅烧制备得到Co NCx/NiFeO催化剂。通过SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR和H2-TPR等对催化剂进行了表征。考察了反应时间、反应温度和氢气压力对HMF加氢反应的影响以及催化剂的循环使用性能。在180°C、1.0 MPa H2、6 h的反应条件下,Co NCx/NiFeO对HMF在四氢呋喃(THF)中加氢制DMF具有很高的初始活性和选择性,HMF的转化率为99.8%,DMF的选择性为94.3%。(3)氮掺杂碳修饰Cu-Co催化剂高效转移氢解HMF制DMF。以三聚氰胺作为NC前体,采用一锅水热法制备了CNx-Cu Co Al-MMO催化剂。通过SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR和H2-TPR等对催化剂进行了表征。考察了反应时间、反应温度和氢气压力对HMF加氢反应的影响和催化剂循环使用性能。在200°C、1.0 MPa H2的反应条件下,3 h可得到99.9%的HMF转化率和97.6%的DMF选择性,并且催化剂表现出良好的稳定性。
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