一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺

本发明属于环境保护和能源，涉及到一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺。

背景技术：

1、众所周知，传统的催化加氢过程通常是以氢气作为氢源，这是一个耗能严重且具有危险的过程，多数需在高温高压的环境下反应。此外，当前主要的制氢技术依赖于化石能源，而化石能源的燃烧给气候带来了极大破坏。相比之下，开发以水作为绿色氢供体的选择性催化加氢策略具有极高的吸引力。利用廉价、清洁的h2o作为氢源，co作为氧受体，可让选择性加氢反应过程更加有意义。因此，这一方法不仅避免了危险的氢气或其他昂贵的有毒氢源的使用，同时还具有绿色、环保的特点。

2、近年来，科研人员对以水为氢源的选择性催化加氢过程表现出浓厚的兴趣。he等(he et al.,chemcommumication,2010,46:1553-1555.)以水为氢源，在au/ceo2催化剂上研究了肉桂醛等众多α,β-不饱和醛的选择性催化加氢反应，成功实现了不饱和醇的高效加氢。hunag等人(huang et al.,nature catalysis,2023,6:1005-1015.)将以h2o/co作为氢源的选择性催化加氢反应应用到c2h2底物上，在au/α-moc上实现了c2h2高效加氢制c2h4的过程。该工艺在80℃下可实现99％以上的c2h2转化率与83％的c2h4选择性，超过了以h2为氢源的加氢工艺。同样，wei等(wei et al.,acs catalysis,2023,13:15824-15832.)也以h2o/co作为氢源，在au/α-moc上实现了硝基芳烃加氢制苯胺(hna)的高效转化。然而，上述反应用到的催化剂均是氧化还原型载体，并处于实验室试验阶段，催化剂制备工艺繁琐，距离工业化有一定的差距。因此，为解决上述问题，本发明旨在提供一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺。

技术实现思路

1、本发明提供了一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺。针对目前催化剂制备工艺复杂，工业化困难等问题。以及热催化过程通常存在高温(100-300℃)、过量使用氢分子(h2)和选择性等问题，和蒸汽甲烷重整(smr)和水煤气转换(wgs)过程中能耗高，以及电催化工艺存在的反应效率相对较低等问题。以工业用载体负载金属为催化剂，丰富的水为氢源，低成本的一氧化碳为氧受体，实现无氢气肉桂醛加氢的工艺。具体地讲，本发明将肉桂醛、水、有机溶剂混合溶液加到装有选择性加氢催化剂的高压反应釜中，然后向高压反应釜充入一氧化碳气体进行加氢反应。本发明实现了高选择性的肉桂醛加氢为肉桂醇的过程，这一过程避免了传统方法中重h2的消耗，为低温下高效节能的加氢工业化的实现开辟了新的途径。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺，包括以下步骤：

4、向高压反应釜中加入工业用载体负载金属的选择性加氢催化剂、肉桂醛、水、有机溶剂，将高压反应釜拧紧后，向高压反应釜中充入一氧化碳气体，充入一氧化碳气体前先用一氧化碳气体进行置换，以排去高压反应釜内的空气。之后将高压反应釜放到加热套中进行加氢反应。加氢反应后的液相产品通过核磁氢谱来检测与定量，气相产品通过气相色谱检测与定量。

5、进一步地，所述反应条件为：催化剂量1-1000mg、反应温度20-200℃、反应时间0.5-26h、反应压力0.1-4mpa。

6、进一步地，所述的有机溶剂包括苯、甲苯、二甲亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、环己烷、1,4-二氧六环中的一种或两种以上混合。

7、进一步地，所述的催化剂的制备方法包括机械混合法、沉淀法、浸渍法、溶液蒸干法、热熔融法、浸溶法(沥滤法)、离子交换法等。

8、进一步地，所述的选择性加氢催化剂包括活性组分和载体，活性组分为au,pd,pt,ni,co中的一种或两种以上混合。载体包括分子筛(zsm-5,mcm-41，sba-15,s-1,soap-34，ts-1，soap-11，mcm-22，zsm-22等)或非氧化还原氧化物(sio2，α-al2o3，β-al2o3，γ-al2o3，alooh)中的一种或两种以上混合。

9、进一步地，活性组分的质量分数为0.05-25％，载体的质量分数为75-99.95％。

10、本发明的有益效果：本发明的加氢工艺是以工业用载体负载金属为催化剂，丰富的水为氢源，低成本的一氧化碳为氧受体，实现无氢气肉桂醛加氢的工艺。本发明实现了高选择性的肉桂醛加氢为肉桂醇的过程，这一过程避免了传统方法中重h2的消耗，为低温下高效节能的加氢工业化的实现开辟了新的途径。

技术特征：

1.一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应条件为：催化剂量1-1000mg、反应温度20-200℃、反应时间0.5-26h、反应压力0.1-4mpa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂包括苯、甲苯、二甲亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、环己烷、1,4-二氧六环中的任意一种或几种混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：催化剂的制备方法包括机械混合法、沉淀法、浸渍法、溶液蒸干法、热熔融法、浸溶法、离子交换法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的选择性加氢催化剂为au,pd,pt,ni,co金属催化剂任意一种或两种及以上的任意比例混合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：催化剂载体包括分子筛或非氧化还原氧化物。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：分子筛为zsm-5、mcm-41、sba-15、s-1、soap-34、ts-1、soap-11、mcm-22、zsm-22中的一种或两种以上混合。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：非氧化还原氧化物为包括sio2、α-al2o3、β-al2o3、γ-al2o3、alooh中的一种或两种以上混合。

9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：活性组分的质量分数为0.05-25％，载体的质量分数为75-99.95％。

技术总结
本发明属于环境保护和能源技术领域，公开了一种工业用载体负载金属催化剂用于水作氢源的加氢工艺。该工艺以工业用载体负载金属为催化剂，丰富的水为氢源，低成本的一氧化碳为氧受体，实现无氢气的肉桂醛加氢工艺。具体地讲，本发明将肉桂醛、水、有机溶剂混合溶液加到装有工业用载体负载金属的选择性加氢催化剂的高压反应釜中，然后向高压反应釜充入一氧化碳气体进行加氢反应。本发明实现了高选择性的肉桂醛选择性加氢为肉桂醇的过程，这一过程避免了传统方法中重H2的消耗，为低温下高效节能选择性加氢反应的工业化开辟了新的途径。

技术研发人员：黄瑞,鲁元红
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13