一种用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂

摘要

本发明提供了一种用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂，属于生物质液化领域。这是一种具有高催化活性的过渡金属与离子液体的新型复合催化剂，是由元素周期表第VIB、VIIB和VIII族中1～3种过渡金属盐与离子液母体温和反应而成的单组份、双组份和三组份过渡金属离子液体催化剂，它包括单组份的镍盐、双组份的镍-铁盐或镍-钴盐以及三组份的镍-钴-铁盐，离子液母体为烷基咪唑类离子液体。本发明所获取的催化剂充分利用了离子液体系的强溶解性、不挥发、性质稳定、可循环利用等诸多优点，对环境友好、无污染，加氢活性高，能够很好地促进生物质的加氢液化反应，提高液相产物收率。

权利要求

1.一种用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂，其特征在于该催化剂是由镍、铁、钴的硫酸盐或硝酸盐与离子液体在20－70℃条件下，搅拌反应0.5－2.0小时而生成的物质，所述离子液体选自烷基咪唑类离子液体[BMIM][BF4]或[EMIM][BF4]或[BMIM][CF3SO3]或[EMIM][PF6]中的任意一种；所述镍、铁、钴的硫酸盐或硝酸盐为单组份镍盐或双组份镍－铁盐或镍－钴盐或包含镍盐的三组份盐类。

2.根据权利要求1所述的用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂，其特征在于包含镍盐的多组份盐类与[BMIM][BF4]、[EMIM][BF4]、[BMIM][CF3SO3]和[EMIM][PF6]中的任意一种离子液体反应形成的催化剂中各组份浓度为：镍盐1wt%～50wt%，铁盐0～

60wt%，钴盐0～50wt%，余量为离子液体。

3.根据权利要求1所述的用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂，其特征在于该催化剂中金属盐总量在生物质加氢液化过程中占生物质原料的重量比例为0.5wt%～

15wt%。

说明书

一种用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种过渡金属离子液体催化剂，适用于木屑、秸秆、废纸、浒苔、棉秆、稻壳等各种生物质的加氢液化过程，属于生物质液化领域。背景技术：

[0002] 作为人类生存发展的前提和基础，能源和环境问题已成为当今全球关注的焦点。化石能源是当今世界经济发展所依赖的主要能源，但随着化石能源日益枯竭和环境问题日益突出，开发和使用一种清洁可再生能源已经势在必行。生物质能储量巨大，但目前生物质资源利用还远未达到大规模商业化水平，其利用率和转化率都不高。在此背景下，生物质能作为一种清洁环保的可再生能源，正日益受到全世界的重视。

[0003] 生物质加氢液化制取生物油和高附加值化学品技术可以有效地将能量密度较低的生物质转化成能量密度高、品位高的液体燃料，是合理利用生物质能的有效途径，开发一种高效、环保的生物质加氢液化催化剂也成为近年来研究领域关注的焦点。

[0004] 作为一种新型溶剂，离子液体以其强溶解性、不挥发、性质稳定、可循环利用等诸多优点而受到广泛关注。它对因具有较高结晶度和分子间及分子内氢键而难溶于常规溶剂的生物质具有较好的溶解效果。

[0005] 目前，在生物质加氢液化研究中所应用的催化剂可分为两类，均相催化剂和多相催化剂。均相催化剂主要包括可溶于溶剂中的酸催化剂及碱催化剂，酸催化剂主要包括盐酸、硫酸、磷酸等。相比酸催化剂，碱催化剂的应用更为广泛，主要包括NaOH、KOH、LiOH、CH3ONa、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3等。碱性催化剂可以促使生物质原料润胀，破坏其结构，使纤维素大分子在高温下断裂、裂解，提高化学反应速率。不少研究者也认为，碱催化剂对液化反应比酸催化剂更为有效。多相催化剂为金属催化剂或负载型金属催化剂，所采用的金属活性组份包括Fe、Ni、Co、Mo、Zn、Cu、Pd、Pt等，载体有Al2O3、分子筛、沸石等。这些催化剂均可以在一定程度上促进生物质的加氢液化反应，但同时也不同程度地存在制备过程较复杂、用量较大、效果较差、对环境污染较大等缺点。发明内容：

[0006] 本发明的目的是要提供一种用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂，该催化剂用于生物质加氢液化反应过程中，能够有效地促进生物质的加氢转化，提高液相产物收率，并且克服了以往催化剂制备过程繁琐、对环境污染较严重等缺点。

[0007] 本发明的目的是这样实现的，所述的用于生物质加氢液化的过渡金属离子液体催化剂是由元素周期表第VIB、VIIB和VIII族中一种或几种金属盐类(例如铁、镍、钴的硫酸盐或硝酸盐)与[BMIM][BF4]、[EMIM][BF4]、[BMIM][CF3SO3]、[EMIM][PF6]中的任意一种离子液体在20-70℃条件下，搅拌反应0.5-2.0小时而生成的催化剂。它包括单组份的镍盐，例如镍的硫酸盐或硝酸盐；双组份的镍-铁盐或镍-钴盐(例如镍-铁的硫酸盐或硝酸盐，或镍-钴的硫酸盐或硝酸盐)以及其它包含镍盐的多组份盐类与[BMIM][BF4]、[EMIM][BF4]、[BMIM][CF3SO3]、[EMIM][PF6]中的任意一种离子液体反应形成的过渡金属离子液体催化体系。在该催化剂中，过渡金属组份的浓度为：镍盐1wt％～50wt％，铁盐0～60wt％，钴盐0～50wt％，余量为离子液体。在生物质加氢液化过程中，按催化剂中金属盐总量计，催化剂在生物质原料中所占比例为0.5wt％～15wt％。

[0008] 本发明的有益效果是所述的过渡金属离子液体催化剂充分利用了离子液体的强溶解性、不挥发、性质稳定、可循环利用等诸多优点，加氢活性高，对环境友好、无污染。具体实施方式：

[0009] 下面结合实施例，具体说明本发明所提供催化剂的制备与应用。

[0010] 实施例1，单组份催化剂制备：取硫酸镍粉末1g与9g[BMIM][CF3SO3]离子液体在50℃条件下搅拌反应1小时后加入生物质加氢液化反应体系中即可。

[0011] 实施例2，单组份催化剂制备：取硝酸镍粉末1g与9g[BMIM][BF4]离子液体在20℃条件下搅拌反应0.5小时后加入生物质加氢液化反应体系中即可。

[0012] 实施例3，双组份催化剂制备：取硝酸镍及硝酸铁粉末各1g与8g[EMIM][BF4]离子液体在30℃条件下搅拌反应2小时后加入生物质加氢液化反应体系中即可。

[0013] 实施例4，三组份催化剂制备：取硝酸镍、硝酸铁及硝酸钴粉末各1g与7g[BMIM][CF3SO3]离子液体在70℃条件下搅拌反应2小时后加入生物质加氢液化反应体系中即可。

[0014] 实施例5，生物质加氢液化催化剂应用实例。

[0015] 把本发明所提供的催化剂应用于500ml高压反应釜中进行生物质加氢液化反应，所用原料组成及反应结果如下：

[0016] 表1生物质原料元素及组份分析

[0017]

[0018] 表2生物质加氢液化反应结果