一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂

1.本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂及其制备方法。
技术背景
2.催化剂是众多化学反应中的“必需品”，能将反应过程中的活化能进行有效的降解，很大程度上减少能源的消耗，很快地促成产物的生成。铝、铁、锌基催化剂凭借价格实惠、使用方便从而得到广泛的使用。但目前这几类催化剂存在着空隙分布不均匀，且其通常为柱状颗粒，这使得其内外表面不能得到充分的利用，从而影响整体反应效率。与此同时，柱状催化剂在生成过程中由于压力、温度影响会使其出现较大幅的波动，较大的气流与高温会使其颗粒间溶液互相摩擦，从而使催化剂磨损、变性最终失活。
3.相对于煤矿等能源来说木粉的生长周期较短，同时具有天然孔洞供植物呼吸运输养料。其主要由木质素、纤维素、半纤维素缠绕而形成，也正因为这一形成原理使得木料高韧性，抗剪切能力强。
4.因此，本发明人提出设想，针对于铝、铁、锌等催化剂的高效催化特点与木材具有天然多孔、高韧性、抗剪切能力强的特点，开发一种既能实现铝、铁、锌基催化，又能结合去木材的天然孔洞在高温下稳定并且不易碎、造价低廉对环境友好型的复合催化剂的新材料。
5.本发明人发现在目前能查阅的文献与资料记载中，木粉的结构特征是纤维素、木质素、半纤维素相互缠绕形成天然有机高分子聚合结构，拥有高韧性，易生长的特点。催化剂存在反应速率快，反应前后质量不变等特点，具有天然孔洞的特点为催化剂提供一个极佳的反应空间，木粉生长时间周期短，相对造价成本低的特点为企业减少很多的资金投入，并且高韧性为安装运输也提供了很大的方便，同时降低运输风险。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其制备方法使催化剂与天然纤维官道结合形成耐高温、高催化、低成本、环境友好型、三维高络合孔洞互通的新型催化剂。
7.本发明的技术方案：原料准备及其木粉预处理：步骤1：将木料进行粉碎处理后进行煮沸，煮沸后将其放入干燥箱中干燥，增大其接触面并使表面杂质得到有效去除；去除内部杂质的木质素和半纤维素：步骤2：将干燥后的木粉放入氢氧化钠溶液中进行煮沸，并煮沸后进行干燥处理，所述的氢氧化钠溶液浓度为1mol/l至5mol/l；步骤3：步骤2得出的木粉干燥后放入氢氧化钠与乙醇混合溶液中煮沸，完成后将
木粉冲洗干净并干燥处理，干燥后放入去离子水中浸泡；催化离子附着：步骤4：将步骤3得到的去木质素木粉浸入间苯三甲酸钠硅酸钠溶液中浸泡，浸泡完成后干燥；所述硅酸钠溶液浓度为1mol/l至3mol/l，间三苯甲酸钠溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l；步骤5：把一定浓度的磷酸溶液、氯化铁溶液、氯化铝溶液、氧化锌溶液混合后在一定温度下将步骤4的木粉放入其中进行浸泡处理；所述磷酸浓度为10%至85%、氯化铁溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l、氯化铝溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l、氧化锌溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l，温度设置范围为25℃至90℃；步骤6：在一定流速的氮气气氛保护下对步骤5的产物进行干燥，即可得到天然纤维管道附和杂合离子催化剂，所述的氮气流速为0.5至3m/s。
8.进一步的，步骤1中所述的煮沸时间为0.5h至2h,干燥时间为2h至6h，干燥温度为60℃至90℃。
9.进一步的，步骤2中所述的煮沸时间为12h至48h, 干燥时间为0.5h至2h，干燥温度为60℃至90℃。
10.进一步的，步骤3中所述氢氧化钠与乙醇混合溶液中，以氢氧化钠溶液为主乙醇参入，配置浓度为15%至20%，浸泡时间为12h至24h,煮沸时间为2h至12h, 干燥温度为60℃至90℃，干燥时间为0.5h至4h。
11.进一步的，步骤4中所述浸泡时间为3至6h，干燥时间为1h至2h，干燥温度为60℃至90℃。
12.进一步的，步骤5中所述浸泡时间为6至12h。
13.进一步的，步骤6中所述干燥时间为12h至24h，干燥温度为80℃至150℃。
14.本发明使催化剂与天然纤维管道形成耐高温、高催化、低成本、环境友好型、三维高络合孔洞互通的新型催化剂。
具体实施方式
15.现详细说明本发明的多种示范性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解为本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。此外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限与下限之间的每个中间值。
16.实施例1：一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其制备方法包括以下步骤：原料准备及其木粉预处理：步骤1：将粉碎后得到的木粉进行煮沸30min，煮沸后将其放入干燥箱中设定温度为60℃干燥2h，使之表面杂质得到有效去除。
17.去除内部杂质（木质素、半纤维素）阶段：步骤2：将干燥后的木粉放入浓度为1mol/l的氢氧化钠溶液中进行煮沸，并煮沸12h后在温度为60℃进行干燥30min。
18.步骤3：步骤2得出的木粉放入去离子水中浸泡12h，干燥后放入一定浓度的氢氧化
钠与乙醇混合溶液中煮沸2h，混合浓度为15%，完成后将木粉冲洗干净并在60℃温度下干燥处理30min。
19.催化离子附着：步骤4：将步骤3得到的去木质素木粉浸入浓度为1mol/l硅酸钠溶液与1mol/l间苯三甲酸钠混合溶液中，浸泡完成后60℃干燥1h。
20.步骤5：把浓度为磷酸浓度为70%、0.5mol/l的氯化铁溶液、0.5mol/l的氯化铝溶液、0.5mol/l的氧化锌溶液混合后在25℃条件下将步骤4得到的木粉放入其中进行浸泡处理6h并在60℃温度下干燥30nin。
21.步骤6：在流速为0.5m/s的氮气气氛保护下对步骤7得到的木粉在80℃下干燥12h即可得到天然纤维管道附和杂合离子催化剂。
22.通过以上实施案例得出的天然纤维管道附和杂合离子催化剂表面微观结构分析在hitachis-4700型场发射扫描电子显微镜上进行；用nova4200e比表面及孔隙度分析仪表征气凝胶的比表面、孔径分布及孔体积、并采用排水法计算气凝胶的密度。得出的表征为：比表面积为682m2/g，孔径为23nm，密度为0.335g/cm3。并用于甲醇脱水制二甲醚反应中。在280℃,一个大气压条件下,采用甲醇(ω(ch3oh)﹥99.9%)进料,经2pb-00c型平流泵计量后进入反应器，采用等温积分反应器,气化后的甲醇在催化床进行脱水反应。反应后的气体经背压阀进入冷凝器,水及甲醇在此冷凝。冷凝液通过定时取样称量,冷凝器后的尾气用皂膜流量计测量流量。采用agilentgc6820型热导检测器分析水和有机物,有机物主要为甲醇和二甲醚;agilentgc6890n型氢火焰离子检测器分析甲醇和二甲醚。结果表明甲醇转化率为94.93%,二甲醚收率最高可达21.63g/(g
·
h)。
23.实施例2：一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其制备方法包括以下步骤：原料准备及其木粉预处理：步骤1：将粉碎后得到的木粉进行煮沸1h，煮沸后将其放入干燥箱中设定温度为70℃干燥2h，使之表面杂质得到有效去除。
24.去除内部杂质（木质素、半纤维素）阶段：步骤2：将干燥后的木粉放入浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液中进行煮沸，并煮沸16h后进行干燥1h。
25.步骤3：步骤2得出的木粉放入去离子水中浸泡16h，干燥后放入一定浓度的氢氧化钠与乙醇混合溶液中煮沸6h，混合浓度为17%，完成后将木粉冲洗干净并在70℃温度下干燥处理1h。
26.催化离子附着：步骤4：将步骤3得到的去木质素木粉浸入浓度为1mol/l硅酸钠溶液与0.5mol/l间苯三甲酸钠混合溶液中，浸泡完成后60℃干燥2h。
27.步骤5：把浓度为磷酸浓度为50%、1mol/l的氯化铁溶液、1mol/l氯化铝溶液、1mol/l氧化锌溶液混合后在50℃条件下将步骤6得到的木粉放入其中进行浸泡处理9h并在70℃温度下干燥30nin。
28.步骤6：在流速为1m/s的氮气气氛保护下对步骤7得到的木粉在80℃下干燥12h即可得到天然纤维管道附和杂合离子催化剂。
29.通过以上实施案例得出的天然纤维管道附和杂合离子催化剂表面微观结构分析在hitachis-4700型场发射扫描电子显微镜上进行；用nova4200e比表面及孔隙度分析仪表征气凝胶的比表面、孔径分布及孔体积、并采用排水法计算气凝胶的密度。得出的表征为：比表面积为735m2/g，孔径为25nm，密度为0.307g/cm3。并用于甲醇脱水制二甲醚反应中。在280℃,一个大气压条件下,采用甲醇(ω(ch3oh)﹥99.9%)进料,经2pb-00c型平流泵计量后进入反应器，采用等温积分反应器,气化后的甲醇在催化床进行脱水反应。反应后的气体经背压阀进入冷凝器,水及甲醇在此冷凝。冷凝液通过定时取样称量,冷凝器后的尾气用皂膜流量计测量流量。采用agilentgc6820型热导检测器分析水和有机物,有机物主要为甲醇和二甲醚;agilentgc6890n型氢火焰离子检测器分析甲醇和二甲醚。结果表明甲醇转化率为96.32%,二甲醚收率最高可达23.72g/(g
·
h)。
30.实施例3：一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：原料准备及其木粉预处理：步骤1：将将粉碎后得到的木粉木粉进行煮沸2h，煮沸后将其放入干燥箱中设定温度为90℃干燥6h，使之表面杂质得到有效去除。
31.去除内部杂质（木质素、半纤维素）阶段：步骤2：将干燥后的木粉放入浓度为5mol/l的氢氧化钠溶液中进行煮沸，并煮沸48h后进行干燥2h。
32.步骤3：步骤2得出的木粉放入去离子水中浸泡24h，干燥后放入一定浓度的氢氧化钠与乙醇混合溶液中煮沸6h，混合浓度为20%，完成后将木粉冲洗干净并在90℃温度下干燥处理4h。
33.催化离子附着：步骤4：将步骤3得到的去木质素木粉浸入浓度为1mol/l硅酸钠溶液与2mol/l间苯三甲酸钠混合溶液中，浸泡完成后60℃干燥1h。
34.步骤5：把浓度为磷酸浓度为30%、3mol/l的氯化铁溶液、3mol/l氯化铝溶液、3mol/l氧化锌溶液混合后在75℃条件下将步骤6得到的木粉放入其中进行浸泡处理12h并在90℃温度下干燥1h。
35.步骤6：在流速为3m/s的氮气气氛保护下对步骤7得到的木粉在150℃下干燥24h即可得到天然纤维管道附和杂合离子催化剂。
36.通过以上实施案例得出的天然纤维管道附和杂合离子催化剂表面微观结构分析在hitachis-4700型场发射扫描电子显微镜上进行；用nova4200e比表面及孔隙度分析仪表征气凝胶的比表面、孔径分布及孔体积、并采用排水法计算气凝胶的密度。得出的表征为：比表面积为702m2/g，孔径为24nm，密度为0.327g/cm3。并用于甲醇脱水制二甲醚反应中。在280℃,一个大气压条件下,采用甲醇(ω(ch3oh)﹥99.9%)进料,经2pb-00c型平流泵计量后进入反应器，采用等温积分反应器,气化后的甲醇在催化床进行脱水反应。反应后的气体经背压阀进入冷凝器,水及甲醇在此冷凝。冷凝液通过定时取样称量,冷凝器后的尾气用皂膜流量计测量流量。采用agilentgc6820型热导检测器分析水和有机物,有机物主要为甲醇和二甲醚;agilentgc6890n型氢火焰离子检测器分析甲醇和二甲醚。结果表明甲醇转化率为
95.42%,二甲醚收率最高可达22.83g/(g
·
h)。本发明使催化剂与天然纤维官道结合形成耐高温、高催化、低成本、环境友好型、三维高络合孔洞互通的新型催化剂。
37.以上所述的实施案例仅是对本发明的优先方式进行描述，并非本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定保护范围内。

技术特征：
1.一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：原料准备及其木粉预处理：步骤1：将木料进行粉碎处理后进行煮沸，煮沸后将其放入干燥箱中干燥，增大其接触面并使表面杂质得到有效去除；去除内部杂质的木质素和半纤维素：步骤2：将干燥后的木粉放入氢氧化钠溶液中进行煮沸，并煮沸后进行干燥处理，氢氧化钠溶液浓度为1mol/l至5mol/l；步骤3：步骤2得出的木粉干燥后放入氢氧化钠与乙醇混合溶液中煮沸，完成后将木粉冲洗干净并干燥处理，干燥后放入去离子水中浸泡；催化离子附着：步骤4：将步骤3得到的去木质素木粉浸入间苯三甲酸钠硅酸钠溶液中浸泡，浸泡完成后干燥；所述硅酸钠溶液浓度为1mol/l至3mol/l，间三苯甲酸钠溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l；步骤5：把一定浓度的磷酸溶液、氯化铁溶液、氯化铝溶液、氧化锌溶液混合后在一定温度下将步骤4的木粉放入其中进行浸泡处理；所述磷酸浓度为10%至85%、氯化铁溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l、氯化铝溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l、氧化锌溶液浓度为0.5mol/l至3mol/l，温度设置范围为25℃至90℃；步骤6：在一定流速的氮气气氛保护下对步骤5的产物进行干燥，即可得到天然纤维管道附和杂合离子催化剂，所述的氮气流速为0.5至3m/s。2.如权利要求1所述的一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：步骤1中的煮沸时间为0.5h至2h,干燥时间为2h至6h，干燥温度为60℃至90℃。3.如权利要求1所述的一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：步骤2中的煮沸时间为12h至48h, 干燥时间为0.5h至2h，干燥温度为60℃至90℃。4.如权利要求1所述的一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：步骤3中所述氢氧化钠与乙醇混合溶液中，以氢氧化钠溶液为主乙醇参入，配置浓度为15%至20%，浸泡时间为12h至24h,煮沸时间为2h至12h, 干燥温度为60℃至90℃，干燥时间为0.5h至4h。5.如权利要求1所述的一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：步骤4中所述浸泡时间为1至3h，干燥时间为1h至2h，干燥温度为60℃至90℃。6.如权利要求1所述的一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：步骤5中所述浸泡时间为6至12h。7.如权利要求1所述的一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其特征在于：步骤6中所述干燥时间为12h至24h，干燥温度为80℃至150℃。

技术总结
本发明公开了一种天然纤维管道附和杂合离子催化剂，其制备方法包括如下步骤：首先将经过预处理后的木粉加入硅酸钠与间苯三甲酸钠按一定比例配制成双碱溶液浸泡并干燥；其次将磷酸与氯化铁、氯化铝、氯化锌按一定比例进行混合，配制成络合多酸溶液；最后将干燥后的木粉加入络合多酸溶液浸泡、干燥，形成天然纤维素附着杂合离子的木基催化剂。本发明使催化剂与天然纤维管道结合形成具有空间立体化、韧性较高、耐高温、高催化、低成本、环境友好型的天然纤维管道附和杂合离子催化剂。天然纤维管道附和杂合离子催化剂。


技术研发人员：黎红未 肖洋 李发中 易莲 吴润凤 任沙沙 张龙 谭蕾 汤正河
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/20