一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料、制备方法及设备

本发明涉及氧化锆催化材料制备，尤其涉及一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料、制备方法及设备。

背景技术：

1、催化热解由于其操作成本低、正成为处理利用生物质能源的重要技术之一。生物质的催化热解是一个非常复杂的过程，会产生一系列衍生物，例如：生物炭、生物油、氧杂环类化合物等。作为氧杂环类化合物的重要一种，5-羟甲基糠醛(5-hmf)是一种芳香性环境友好有机物，可通过加氢、氧化、缩合等反应衍生出一系列高附加值的化合物，在生物燃料、化学原料和精细化学品合成等方面起着重要作用。

2、目前，热解催化提高生物质衍生物5-hmf的产率中，催化剂起到关键作用。酸性催化剂可选择性催化酯化反应，从而对生物质热解制备氧杂环类化合物具有较好的定向催化作用，包括无机酸、有机酸，例如h2so4和hcl无机酸催化剂等，但存在毒性高、对设备腐蚀性强、不利于回收、产物成分复杂且产率低等问题。因此，开发环保高效的固体酸催化剂尤为重要，它们具有催化活性效果好、易回收、腐蚀性低等优点，如沸石分子筛、离子交换树脂、金属氧化物等。其中，金属氧化物催化剂由于其比表面积、稳定性和粒径尺寸等性能对催化活性有重要的影响而受到广泛关注。常见的金属氧化物催化剂的制备，主要是由金属盐经过简单改性或者直接煅烧制备，存在比表面积的大小不易控制、催化剂易团聚等问题，导致催化效率低下。因此，具有高比表面积、高活性位点催化剂的可控制备方法及设备优化仍是一个技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料、制备方法及设备，以解决现有催化材料热解生物质释放5-羟甲基糠醛的含量有待进一步提高的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1制备uio-66(zr)牺牲模板剂，选用无机锆源与有机配体粉末溶解于n，n-二甲基甲酰胺(dmf)的酸混合液中，搅拌以及超声处理酸混合液，直至无机锆源与有机配体粉末完全溶解分散，溶解分散后的混合溶液加入聚四氟乙烯反应釜中，在110℃～150℃下反应20～28h，反应结束后，对反应产物进行离心或抽滤处理，处理得到的沉淀物分别用dmf和无水乙醇洗涤3次，洗涤后的沉淀物进行干燥活化处理，最终得到uio-66(zr)粉末；

4、s2煅烧制备氧化锆催化材料，选取得到的uio-66(zr)粉末置于管式炉中，分别在氮气和空气气氛下进行分段煅烧，煅烧温度为500～800℃，保温3～5h，得到多孔氧化锆催化材料zro2。

5、优选地，选用的无机锆源与有机配体粉末为zrcl4和对苯二甲酸，zrcl4和对苯二甲酸的质量比为1.2：1～1.5：1，酸混合液包括的n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和冰醋酸，n，n-二甲基甲酰胺和冰醋酸的容积比为5：1～9：1，溶解分散后的混合溶液加入到聚四氟乙烯反应釜进行反应。

6、优选地，洗涤后的沉淀物在100℃下干燥12h，再真空干燥150℃活化3h，最后得到uio-66(zr)白色粉末。

7、优选地，选取得到的uio-66(zr)粉末置于管式炉中，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至500～800℃煅烧，保温2h，然后在空气气氛下煅烧，保温2h，得到氧化锆催化材料zro2。

8、本发明还提供了一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料，由如上的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法所制成。

9、优选地，氧化锆催化材料具有纳米针状组合形成的疏松多孔结构，其中纳米针状结构的粗细在30-50nm，长度为200nm-800nm，比表面积为35-70m2/g。

10、本发明还提供了一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备设备，包括过滤离心机主体，过滤离心机主体包括上盖总成、机身总成、转鼓总成，机身总成包括底座、固定于底座上的机壳、机壳底端的转鼓驱动装置、机壳底端的出液口，转鼓总成包括设于机壳内的转鼓，上盖总成包括铰接于机壳顶端的上盖、上盖顶端的观察视镜、上盖顶端的进料管：

11、转鼓内侧一周环绕设有活动环网，活动环网的顶端一周环绕设有环形顶板，进料管内穿设有活动升降的内料管，内料管的下端侧壁上设有横搅拌叶，内料管的上端侧壁上设有横限位叶，内料管向上移动，直至横搅拌叶的顶端抵接环形顶板，带动环形顶板上移，活动环网紧贴转鼓的内侧上移，以使活动环网的网孔与转鼓的网孔相对，转鼓快速转动呈离心模式；

12、通过内料管向下移动，直至横搅拌叶伸入转鼓内的底部，横限位叶的底端抵接环形顶板，带动环形顶板下移，活动环网紧贴转鼓的内侧下移，以使活动环网的网孔与转鼓的网孔相错位，转鼓慢速转动呈洗涤模式。

13、优选地，环形顶板靠近活动环网的一端上开设有穿孔，环形顶板内滑动连接有活动块，并与活动块之间连接有弹性件，通过弹性件向外推出活动块，以使活动块的一端封闭穿孔，转鼓的内侧壁上由上至下依次固定有上限位块、中限位块和下限位块，中限位块靠近转鼓的一端呈矩形形状设计，中限位块远离转鼓的一端的上下端面呈倾斜端面设计，环形顶板的上下两端上分别弹性连接有活动环，横搅拌叶抵接于环形顶板上时，推动下端的活动环，带动活动块向内滑移，并压缩弹性件，直至活动块移至中限位块的上端的倾斜端面处，横搅拌叶停止上移，通过弹性件推动活动块，以使活动块沿上端的倾斜端面滑移，带动环形顶板移至上限位块和中限位块之间，转鼓快速转动呈离心模式；

14、横限位叶抵接于环形顶板上时，推动上端的活动环，带动活动块向内滑移，并压缩弹性件，直至活动块移至中限位块的下端的倾斜端面处，横限位叶停止下移，通过弹性件推动活动块，以使活动块沿下端的倾斜端面滑移，带动环形顶板移至下限位块和中限位块之间，转鼓慢速转动呈洗涤模式；

15、活动环网上位于穿孔的下方位置设有避让孔，用于避让上限位块、中限位块和下限位块。

16、优选地，活动块与活动环之间连接有连接绳，活动环向内按压时，通过连接绳带动活动块向内横移。

17、优选地，上盖底端连接有进气管，用于朝向转鼓内侧喷射加热气体，转鼓快速转动呈干燥模式。

18、本发明的有益效果：通过采用uio-66(zr)作为金属模板剂，利用高温碳化-高温煅烧分段式得到的氧化锆固体酸催化剂，相较于直接煅烧法，高温碳化-高温煅烧分段式方法更能够充分利用uio-66(zr)的骨架结构进而调控催化剂的比表面积大小，得到的催化剂结构更加疏松，不易团聚，有良好的催化效果，能够明显提高热解生物质衍生物中5-羟甲基糠醛含量。

技术特征：

1.一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法，其特征在于，选用的无机锆源与有机配体粉末为zrcl4和对苯二甲酸，zrcl4和对苯二甲酸的质量比为1.2：1～1.5：1，酸混合液包括的n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和冰醋酸，n，n-二甲基甲酰胺和冰醋酸的容积比为5：1～9：1，溶解分散后的混合溶液加入到聚四氟乙烯反应釜中进行反应。

3.根据权利要求1所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法，其特征在于，洗涤后的沉淀物在100℃下干燥12h，再真空干燥150℃活化3h，最后得到uio-66(zr)白色粉末。

4.根据权利要求1所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法，其特征在于，选取得到的uio-66(zr)粉末置于管式炉中，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至500～800℃煅烧，保温2h，然后在空气气氛下煅烧，保温2h，得到氧化锆催化材料zro2。

5.一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料，所述氧化锆催化材料采用权利要求1～4任意一项所述热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法所制成。

6.根据权利要求5所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料，其特征在于，所述氧化锆催化材料具有纳米针状组合形成的疏松多孔结构，其中纳米针状结构的粗细在30-50nm，长度为200nm-800nm，比表面积为35-70m2/g。

7.一种热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备设备，所述制备设备应用于权利要求1～4任意一项所述热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备方法，包括过滤离心机主体(1)，过滤离心机主体(1)包括上盖总成、机身总成、转鼓总成，机身总成包括底座(2)、固定于底座(2)上的机壳(3)、机壳(3)底端的转鼓驱动装置(4)、机壳(3)底端的出液口(5)，转鼓总成包括设于机壳(3)内的转鼓(6)，上盖总成包括铰接于机壳(3)顶端的上盖(7)、上盖(7)顶端的观察视镜(8)、上盖(7)顶端的进料管(9)，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备设备，其特征在于，所述环形顶板(11)靠近活动环网(10)的一端上开设有穿孔(15)，所述环形顶板(11)内滑动连接有活动块(16)，并与所述活动块(16)之间连接有弹性件(17)，通过所述弹性件(17)向外推出所述活动块(16)，以使所述活动块(16)的一端封闭所述穿孔(15)，所述转鼓(6)的内侧壁上由上至下依次固定有上限位块(18)、中限位块(19)和下限位块(20)，中限位块(19)靠近转鼓(6)的一端呈矩形形状设计，中限位块(19)远离转鼓(6)的一端的上下端面呈倾斜端面设计，所述环形顶板(11)的上下两端上分别弹性连接有活动环(21)，所述横搅拌叶(13)抵接于所述环形顶板(11)上时，推动下端的活动环(21)，带动活动块(16)向内滑移，并压缩弹性件(17)，直至活动块(16)移至中限位块(19)的上端的倾斜端面处，横搅拌叶(13)停止上移，通过弹性件(17)推动活动块(16)，以使活动块(16)沿上端的倾斜端面滑移，带动环形顶板(11)移至上限位块(18)和中限位块(19)之间，转鼓(6)快速转动呈离心模式；

9.根据权利要求8所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备设备，其特征在于，所述活动块(16)与所述活动环(21)之间连接有连接绳(22)，所述活动环(21)向内按压时，通过所述连接绳(22)带动所述活动块(16)向内横移。

10.根据权利要求7所述的热解生物质释放5-羟甲基糠醛的氧化锆催化材料的制备设备，其特征在于，所述上盖(7)底端连接有进气管(23)，用于朝向转鼓(6)内侧喷射加热气体，转鼓(6)快速转动呈干燥模式。

技术总结本发明涉及氧化锆催化材料制备技术领域，具体涉及一种热解生物质释放5‑羟甲基糠醛的氧化锆催化材料、制备方法及设备，通过采用UiO‑66(Zr)作为金属模板剂，选用无机锆源与有机配体粉末溶解于N，N‑二甲基甲酰胺(DMF)的酸混合液中，搅拌以及超声处理酸混合液，溶解分散后的混合溶液加入聚四氟乙烯反应釜中，反应结束后，对反应产物进行离心或抽滤处理，处理得到的沉淀物经洗涤、干燥活化处理，最终得到UiO‑66(Zr)粉末，将UiO‑66(Zr)粉末置于管式炉中，利用分段式高温碳化‑高温煅烧得到的氧化锆固体酸催化剂，能够明显提高生物质热解释放5‑羟甲基糠醛含量。技术研发人员：王献彪,李雪文,李亚茹,王强受保护的技术使用者：安徽建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29