一种催化热解烟草制备氧杂环化合物的方法

本发明属于生物质能利用领域，涉及生物质资源的高效转化与利用，具体涉及一种催化热解烟草制备氧杂环化合物的方法。

背景技术：

1、烟草作为一种广泛种植的作物，其副产品和废弃物的处理与资源化利用一直是环境科学和工业化学领域关注的焦点。传统的烟草热解方法虽然能够产生一定量的生物油和其他化学品，但存在热解效率低、产物选择性差、环境影响大等问题。

2、近年来，随着对环境友好型能源和化学品需求的增加，开发新型催化热解技术以提高烟草生物质的转化效率和产物质量，已成为研究热点。特别是氧杂环化合物，这类化合物在食品、香料、医药等领域具有重要应用，但其在烟草热解过程中的产率和选择性通常较低。

3、专利号为cn106861754b的中国发明专利，公布了一种改性pd/c在醇溶剂中加热催化1～5h制备2，5-二甲基呋喃的方法。贵金属(铂、钯)纳米材料因其优异的表面能而成为金属催化剂研究的热点。但其高昂的成本制约了催化剂在商业领域的应用。为此，采用载体材料负载铂(pt)金属取代传统贵金属催化剂可降低成本、提高催化剂性能，并且载体的结构和性能对催化剂的催化活性和稳定性发挥着关键作用。载体材料的主要功能之一是促进贵金属纳米材料的分散，从而影响催化剂的表面积、孔隙率、棱角和缺位数等表面性质；此外，载体还能够修饰催化剂和反应物之间的电子和空间效应。而以c60为载体的贵金属纳米颗粒制备方法能够有效增加其分散性，进而获得制备成本低、分散度高、催化性能优异的pt，该方法在催化工业方面具有广泛而重要的应用前景。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种催化热解烟草制备氧杂环化合物的方法。本方法采用c60负载的pt纳米颗粒作为催化剂，通过优化催化剂的制备工艺和热解条件，显著提高了烟草热解的液体产物收率，特别是氧杂环化合物的选择性。此外，本发明还提供了一种有效的催化剂回收再生策略，通过煅烧过程实现pt纳米颗粒的再生，从而降低了催化剂的使用成本，提高了整个热解过程的可持续性和环境友好性。

2、本发明催化热解烟草制备氧杂环化合物的方法，是以c60负载的pt纳米颗粒作为催化剂，将烟草和催化剂混合均匀，加热至200-360℃催化反应5-30min，反应期间持续通入惰性气体，热解产生的烟气通过冷凝得到液相产物。液相产物收率≥30％；液相产物中的氧杂环化合物，包括：糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃、5-羟甲基糠醛、2(5h)-呋喃酮等，其总选择性≥5％。

3、所述惰性气体选自氮气、氦气中的一种。

4、所述催化剂通过如下方法制备获得：

5、向0.1g的c60中依次加入90ml发烟硫酸和30ml浓硝酸，水浴加热形成褐色溶液，调节ph值后，静置分离沉淀；取25mg沉淀加入10ml去离子水成悬浮液，k2[ptcl4]溶液缓慢滴入悬浮液中，超声30min后在-10℃下冷藏24h，自然解冻后离心悬浮液，所得沉淀用去离子水洗涤，收集干燥后的固体，即可得到pt/c60纳米催化剂，其粒径范围为1.39nm～1.72nm。

6、催化剂的制备过程中，调节ph值至9-11。

7、c60和k2[ptcl4]的摩尔质量比为1：10。

8、优选的，所述催化剂中pt的质量百分比为3％≤x≤10％。

9、所述催化剂的添加量为烟草原料质量的10％～30％。

10、催化剂的回收再生：将烟叶和催化剂的混合物在空气氛围中于500-1000℃下煅烧0.5h-12h，即可实现对pt纳米颗粒的回收。

11、进一步，煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为1h-6h。

12、本发明具有以下有益效果：

13、1、本发明采用负载型的pt/c60纳米催化剂，基于c60更大的表面能和大量空穴，提升了催化剂的不饱和度，从而获得较高的催化活性。

14、2、pt/c60催化烟草热解所得液相产物收率≥30％，其中含氧杂环化合物包括：糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃、5-羟甲基糠醛、2(5h)-呋喃酮等，其总选择性≥5％，提高了烟草的利用率和含氧杂环化合物产率。

15、3、本发明使用的pt/c60催化剂可通过煅烧再生，经再生后回收使用，具有良好的经济效益和生态效益。

技术特征：

1.一种催化热解烟草制备氧杂环化合物的方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂通过如下方法制备获得：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂通过如下方法回收再生：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于

技术总结本发明公开了一种催化热解烟草制备氧杂环化合物的方法，以C60负载的Pt纳米颗粒作为催化剂，将烟草和催化剂混合均匀，加热至200‑360℃催化反应5‑30min，反应期间持续通入惰性气体，热解产生的烟气通过冷凝得到液相产物；最后煅烧催化剂可实现Pt纳米颗粒的再生。该方法可显著提高烟草热解所得液体产物的收率，并提高含氧杂环化合物的选择性。技术研发人员：张文成,刘浩,周冰莹,惠爱玲,吴泽宇,胡永华,徐志强,孙丽莉受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18