Cu-Ni掺杂多孔金属氧化物催化竹材的液化

【目的】探究超临界甲醇介质中反应因素对Cu、Ni掺杂多孔金属氧化物(PMO)催化竹材液化产物的影响,以揭示活性组分在竹材液化过程的作用。【方法】以类水滑石为前驱体,通过共沉淀方法制备Cu、Ni掺杂的PMO催化剂,采用XRD、BET、SEM对催化剂进行表征。竹材液化在超临界甲醇介质中进行,液化产物采用GC-MS分析。通过单因素分析Cu/Ni比、催化剂用量、反应温度和反应时间对产物组成和分布的影响。【结果】XRD显示,Cu、Ni掺杂的镁铝水滑石结晶状况良好,呈现水滑石特有的7个衍射峰,未出现Cu O、Ni O的衍射峰。Cu、Ni的掺杂浓度越高,比表面积越小。SEM分析显示,类水滑石前驱体呈典型层状结构,经过焙烧后,层状结构消失,氧化物粒子发生团聚。随着Cu/Ni比增加,酮类产物收率呈逐渐增加趋势;在Cu/Ni比为1∶1时,醇类和烃类产物含量最多,而酚类和酯类含量最少。随着催化剂用量增加,酮类、醇类和烃类收率逐渐增加,特别是在用量20%时上升趋势尤为明显。反应温度高于甲醇的超临界温度时,酮类、醇类和烃类等含氧量相对较低的产物呈大幅度上升,而酯类和其他产物(主要包括醚类、酸类、呋喃类等)显著下降。【结论】Cu O和Ni O在复合氧化物中高度分散,掺杂的PMO具有更小的比表面积。甲醇的超临界温度是影响液化产物组成和分布的关键因素。随着竹材液化反应深入进行,不饱和官能团在甲醇裂解提供的原位供氢体系中发生加氢还原反应,生成含氧量相对较低的醇类、酮类和烃类产物。Ni的添加能够提高催化剂活性组分Cu的分散度,改善催化剂结构并提高其稳定性,从而提高催化剂对竹材液化的催化活性,同时Ni的加入和含量的增加可使混合氧化物的酸、碱性得到调变,改变PMO催化剂的催化活性,促进产物定向分布。