CN109370633A - 一种木质素加氢降解制备生物油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种木质素加氢降解制备生物油的方法,属于生物油制备领域,工艺步骤为:(1)将碱性木质素与溶剂混合;(2)加入MoSe2基催化剂;(3)置于高压反应器中,通入氢气搅拌升温反应,收集所得的混合物;(4)将反应所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,生物油的成分主要为一系列的小分子酚类、酯类和酸类化合物。该方法使用的催化剂廉价,绿色环保,易于大规模生产;反应条件温和,木质素的转化率和生物油的产率高;生物油的组分都是重要的化工原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种木质素加氢降解制备生物油的方法,尤其是采用MoSe2以及CoSe2、NiSe2和石墨等复合组分构成的新型催化剂降解木质素,制备高性能的生物油。
背景技术
化石燃料的不可再生性及其大量消耗导致能源供给趋紧及生态环境的不断恶化,引起了人们对环境友好型可再生能源研究和开发的关注。在此背景下,对重要可再生资源的生物质的研究日益受到重视。木质素作为构成生物质的三大要素之一,相较于纤维素和半纤维素而言,得到的有效开发利用并不多。全世界每年产生的木质素已经达到了800万亿吨,其资源应用前景十分广阔。木质素作为天然高分子化合物,可再生、易降解。
木质素降解制备高性能的生物油被认为是一种很有前景的课题,但是木质素的结构比较复杂,断键方式也存在差异,使得催化降解变得十分困难。中国专利(CN102476980A)描述了在120-450℃、1-20MPa下,以零价钨和几种贵金属的零价态负载作为加氢催化剂,以残渣生物质、木质素磺酸盐、碱性木质素、天然木质素的混合为原料,使得其中的C6-C9裂解,最终的产率也仅在50%左右。中国专利(CN 102372607A)描述了在110-140℃、氢压4-10MPa下,以贵金属为催化剂对碱木质素进行催化加氢,所得的酚类生物油产率很低。为此,需要寻找到高效、节能环保的催化剂用于碱性木质素催化加氢,从而得到高性能的生物油。
文献中(Applied Surface Science 379(2016)296-303)阐述了一种以钼源和硒源为原料,在较低温度下水热法合成MoSe2的方法。从文献查阅上来看,至今尚未以MoSe2为催化剂加氢降解木质素,并以此来得到高性能的生物油。
发明内容
技术问题:本发明的目的在于提供了一种木质素加氢降解制备生物油的方法,该催化剂对木质素加氢降解具有较高的反应活性,能够制备高含量和高性能的生物油,为木质素的转化和有效利用提供了重要的途径。
技术方案:本发明的一种木质素加氢降解制备生物油的方法包括如下步骤:
(1)将碱性木质素与一定的溶剂进行混合;
(2)混合后加入MoSe2基催化剂,催化剂与碱性木质素的质量比为1:15,得到固液混合体;
(3)将上述固液混合体置于高压反应釜中,通入一定的氢气,氢气压力为0.5~2.5MPa,搅拌升温至240~300℃,保持0.5~3h,自然冷却至室温,收集所得的反应混合物;
(4)将步骤(3)中所得的反应混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,生物油的成分主要为一系列的小分子酚类、酯类和酸类化合物。
其中:
所述的木质素为工业碱性木质素、木质素磺酸盐或生物提取的木质素的一种或多种。
所述的木质素加氢降解制备生物油的方法,其特征在于所述制备步骤(1)中所用的溶剂为乙醇,能在反应过程中与产生的酸进行一定的反应,降低产生生物油的酸性,从而避免生物油对容器的腐蚀。
所述的MoSe2基催化剂是以MoSe2为主催化剂,和CoSe2、NiSe2、石墨中一种或几种复合;以催化剂的重量为基准,CoSe2、NiSe2和石墨复合的重量是MoSe2重量的0.5%~30%,反应过程中,可以提高加氢速率,改变生物油的品质。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、本发明以木质素为原料,原料来源广泛,有效缓解能源危机,减少石油化工原料的消耗。
2、本发明采用的MoSe2基催化剂,制备条件温和,生产成本低廉,加氢催化效率高,活性高,可以有效地代替贵金属催化剂。
3、本发明选用乙醇为溶剂,能在反应过程中与产生的酸进行一定的反应,降低产生生物油的酸性,从而避免生物油对容器的腐蚀。
4、本发明中加氢催化木质素制备的生物油组分相对较少,大部分为小分子酚类、酯类和酸类化合物,均为重要的化工和医药中间体。
附图说明
图1是反应温度对MoSe2作为催化剂催化加氢碱性木质素的影响;
图2是反应时间对MoSe2作为催化剂催化加氢碱性木质素的影响;
图3是初始氢压对MoSe2作为催化剂催化加氢碱性木质素的影响;
图4是不同复合量的CoSe2作为催化剂催化加氢碱性木质素的影响;
图5是不同复合量的NiSe2作为催化剂催化加氢碱性木质素的影响;
图6是不同复合量的石墨作为催化剂催化加氢碱性木质素的影响。
具体实施方式
下面通过实例对本发明技术方案作进一步详细说明。
实施例1
MoSe2催化剂的制备:称取1.30g的钼酸钠、0.71g的硒粉和0.23g的硼氢化钠溶于30mL的去离子水和乙醇的混合溶剂中中,搅拌30min,转移至含对位聚苯酚内胆水热釜中,240℃,反应24h,冷却至室温,多次用去离子水和无水乙醇清洗。80℃,干燥24h。
实施例2
CoSe2/MoSe2催化剂的制备:称取1.30g的钼酸钠、0.95g的硒粉、0.23g的硼氢化钠和0.81g硝酸钴溶于30mL的去离子水和乙醇的混合溶剂中中,搅拌30min,转移至含对位聚苯酚内胆水热釜中,240℃,反应24h,冷却至室温,多次用去离子水和无水乙醇清洗。80℃,干燥24h。得到的催化剂记为30%CoSe2/MoSe2。
其他条件不变,仅仅改变硝酸钴的质量,可以得到不同组分的复合CoSe2的MoSe2催化剂,分别为0.5%CoSe2/MoSe2、2%CoSe2/MoSe2、4%CoSe2/MoSe2、6%CoSe2/MoSe2、8%CoSe2/MoSe2、10%CoSe2/MoSe2和20%CoSe2/MoSe2。
实施例3
NiSe2/MoSe2催化剂的制备:称取1.30g的钼酸钠、0.95g的硒粉、0.23g的硼氢化钠和0.82g硝酸镍溶于30mL的去离子水和乙醇的混合溶剂中中,搅拌30min,转移至含对位聚苯酚内胆水热釜中,240℃,反应24h,冷却至室温,多次用去离子水和无水乙醇清洗。80℃,干燥24h。得到的催化剂记为30%NiSe2/MoSe2。
其他条件不变,仅仅改变硝酸镍的质量,可以得到不同组分的复合NiSe2的MoSe2催化剂,分别为0.5%NiSe2/MoSe2、2%NiSe2/MoSe2、4%NiSe2/MoSe2、6%NiSe2/MoSe2、8%NiSe2/MoSe2、10%NiSe2/MoSe2和20%NiSe2/MoSe2。
实施例4
石墨/MoSe2催化剂的制备:称取1.30g的钼酸钠、0.95g的硒粉、0.23g的硼氢化钠和0.03g石墨溶于30mL的去离子水和乙醇的混合溶剂中中,搅拌30min,转移至含对位聚苯酚内胆水热釜中,240℃,反应24h,冷却至室温,多次用去离子水和无水乙醇清洗。80℃,干燥24h。得到的催化剂记为30%石墨/MoSe2。
其他条件不变,仅仅改变石墨的质量,可以得到不同组分的复合石墨的MoSe2催化剂,分别为0.5%石墨/MoSe2、2%石墨/MoSe2、4%石墨/MoSe2、6%石墨/MoSe2、8%石墨/MoSe2、10%石墨/MoSe2和20%石墨/MoSe2。
液体产物用GC-MS分析其化学成分。
气体产率=木质素转化率-生物油产率
实施例5
不同反应温度下木质素的催化加氢反应:称取1.5g碱性木质素,0.1g MoSe2于30mL乙醇中,超声20min,转移至高压反应釜中。然后通入氢气使得初始氢压为0.5MPa,转速为900rpm/min,反应时间设定为0.5h,反应温度设定为240℃,反应结束后冷却至室温,所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤饼烘干称重,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,进行GC-MS分析组成。
其他条件不变,仅仅改变温度即可,分别设定温度为250℃、260℃、270℃、280℃、290℃和300℃。由图1可以得出最佳反应温度为290℃,木质素的转化率和生物油的产率分别为72%和66%。
实施例6
不同反应时间下木质素的催化加氢反应:称取1.5g碱性木质素,0.1g MoSe2于30mL乙醇中,超声20min,转移至高压反应釜中。然后通入氢气使得初始氢压为0.5MPa,转速为900rpm/min,反应时间设定为0.5h,反应温度设定为290℃,反应结束后冷却至室温,所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤饼烘干称重,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,进行GC-MS分析组成。
其他条件不变,仅仅改变反应时间即可,分别设定时间为1h、1.5h、2h、2.5h和3h。由图2可以得出最佳反应时间为1.5h,木质素的转化率和生物油的产率分别为82%和72%。
实施例7
不同初始氢压下木质素的催化加氢反应:称取1.5g碱性木质素,0.1g MoSe2于30mL乙醇中,超声20min,转移至高压反应釜中。然后通入氢气使得初始氢压为0.5MPa,转速为900rpm/min,反应时间设定为1.5h,反应温度设定为290℃,反应结束后冷却至室温,所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤饼烘干称重,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,进行GC-MS分析组成。
其他条件不变,仅仅改变初始氢压即可,分别设定初始氢压为1MPa、1.5MPa、2MPa和2.5MPa。由图3可以得出最佳初始氢压为2MPa,木质素的转化率和生物油的产率分别为90%和78%。
实施例8
不同复合量的CoSe2/MoSe2作为催化剂对木质素的催化加氢反应:称取1.5g碱性木质素,0.1g 0.5%的CoSe2/MoSe2于30mL乙醇中,超声20min,转移至高压反应釜中。然后通入氢气使得初始氢压为2MPa,转速为900rpm/min,反应时间设定为1.5h,反应温度设定为290℃,反应结束后冷却至室温,所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤饼烘干称重,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,进行GC-MS分析组成。
其他条件不变,仅仅改变复合量即可,分别在体系之中加入2%CoSe2/MoSe2、4%CoSe2/MoSe2、6%CoSe2/MoSe2、8%CoSe2/MoSe2、10%CoSe2/MoSe2、20%CoSe2/MoSe2和30%CoSe2/MoSe2作为催化剂。由图4可以得出最佳复合量为4%,木质素的转化率和生物油的产率分别为95.38%和92.62%。
实施例9
不同复合量的NiSe2/MoSe2作为催化剂对木质素的催化加氢反应:称取1.5g碱性木质素,0.1g 0.5%的NiSe2/MoSe2于30mL乙醇中,超声20min,转移至高压反应釜中。然后通入氢气使得初始氢压为2MPa,转速为900rpm/min,反应时间设定为1.5h,反应温度设定为290℃,反应结束后冷却至室温,所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤饼烘干称重,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,进行GC-MS分析组成。
其他条件不变,仅仅改变复合量即可,分别在体系之中加入2%NiSe2/MoSe2、4%NiSe2/MoSe2、6%NiSe2/MoSe2、8%NiSe2/MoSe2、10%NiSe2/MoSe2、20%NiSe2/MoSe2和30%NiSe2/MoSe2作为催化剂。由图5可以得出最佳复合量为4%,木质素的转化率和生物油的产率分别为96.47%和93.68%。
实施例10
不同复合量的石墨/MoSe2作为催化剂对木质素的催化加氢反应:称取1.5g碱性木质素,0.1g 0.5%的石墨/MoSe2于30mL乙醇中,超声20min,转移至高压反应釜中。然后通入氢气使得初始氢压为2MPa,转速为900rpm/min,反应时间设定为1.5h,反应温度设定为290℃,反应结束后冷却至室温,所得的固液混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤饼烘干称重,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油,进行GC-MS分析组成。
其他条件不变,仅仅改变复合量即可,分别在体系之中加入2%石墨/MoSe2、4%石墨/MoSe2、6%石墨/MoSe2、8%石墨/MoSe2、10%石墨/MoSe2和20%石墨/MoSe2和30%石墨/MoSe2作为催化剂。由图6可以得出最佳复合量为6%,木质素的转化率和生物油的产率分别为91.82%和88.23%。
Claims (5)
1.一种木质素加氢降解制备生物油的方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
(1)将碱性木质素与溶剂进行混合;
(2)加入MoSe2基催化剂,催化剂与碱性木质素的质量比为1:15,得到固液混合体;
(3)将上述固液混合体置于高压反应釜中,通入氢气,氢气压力为0.5~2.5MPa,搅拌升温至240~300℃,保持0.5~3h,自然冷却至室温,收集得反应混合物;
(4)将步骤(3)中所得的反应混合物进行抽滤分离,用乙醇对滤饼进行洗涤,滤液经过旋转除去乙醇所得为生物油。
2.根据权利要求1所述的木质素加氢降解制备生物油的方法,其特征在于:所述的木质素为工业碱性木质素、木质素磺酸盐或生物提取的木质素的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的木质素加氢降解制备生物油的方法,其特征在于:所述制备步骤(1)中所用的溶剂为乙醇,能在反应过程中与产生的酸进行一定的反应,降低产生生物油的酸性,从而避免生物油对容器的腐蚀。
4.根据权利要求1所述的木质素加氢降解制备生物油的方法,其特征在于:所述生物油的的主成分为小分子酚类、酯类和酸类化合物。
5.根据权利要求1所述的木质素加氢降解制备生物油的方法,其特征在于:所述的MoSe2基催化剂是以MoSe2为主催化剂,和CoSe2、NiSe2、石墨中的一种或几种的复合组分;以催化剂的重量为基准,CoSe2、NiSe2或石墨的复合重量是MoSe2重量的0.5%~30%。
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PB01 | Publication | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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