一种镍基非均相催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及催化剂，更具体地，涉及镍基非均相催化剂，本发明还涉及该催化剂的制备方法以及应用。

背景技术：

1、目前，金属非均相催化剂作为化学合成、环境治理和能源转化等关键技术的核心组成部分，广泛应用于各种工业过程和研究领域。这些催化剂能够促进化学反应的进行，提高反应速率和选择性，从而在有机合成、清洁能源生产以及环境保护方面发挥重要作用。

2、传统上，金属非均相催化剂的制备方法包括高温氢气还原、煅烧、碳化和液相还原等多种策略。高温氢气还原是一种常见的方法，通过在高温下用氢气还原金属离子或氧化物，形成具有特定结构和活性的金属纳米颗粒。煅烧则通常用于提高催化剂的热稳定性和表面积，通过在高温下去除有机残留物或增强晶格结构。碳化则可以改善催化剂的选择性和活性，通过在高温下将金属或其化合物转化为碳质衍生物。

3、尽管这些传统方法在提高催化剂性能方面取得了一定成就，但其多步骤操作和高温条件往往增加了制备过程的复杂性和成本。此外，传统方法可能导致催化剂的晶粒长大或活性位点的不均匀分布，影响其在实际应用中的稳定性和效率。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明的目的是提供低温温和的一锅法制备方法制备金属非均相催化剂，该方法在较低温度和简化的反应条件下完成催化剂的整个制备过程，可以有效降低能耗、提高生产效率，并优化催化剂的结构和性能。

2、本发明第二个目的是提供一种镍基非均相催化剂，该催化剂采用环戊酮作为还原引发剂，将ni原位还原为活性ni金属，同时加入碳载体作为疏水碳载体，使活性金属ni高分散嵌入疏水碳层，有效的保护了金属活性中心，提升了金属催化活性中心的分散性，有利于提高其催化活性。

3、本发明还有一个目的是提供该催化剂的应用，该催化剂可以实现催化乙醇提质合成高碳醇化学品和可持续燃料前体。

4、为此，本发明提供的第一个技术方案是这样的：

5、一种镍基非均相催化剂的制备方法，依次包括下述步骤：

6、s1.将环戊酮溶于醇溶剂混合均匀形成还原引发剂混合溶液；

7、s2.将ni盐加入到步骤s1所述还原引发剂混合溶液中，得到ni基环戊酮和醇的混合溶液；

8、s3.将碳载体加入步骤s2所述ni基环戊酮和醇的混合溶液中，充分搅拌后加热至凝胶干燥，得到ni/c非均相催化剂；

9、进一步的，上述镍基非均相催化剂的制备方法，步骤s1所述醇溶剂为乙醇、正丙醇中的一种或几种。

10、进一步的，上述镍基非均相催化剂的制备方法，步骤s2所述ni盐与环戊酮的摩尔比为1：(2.5～8)，优选1:4。

11、进一步的，上述镍基非均相催化剂的制备方法，步骤s2所述镍盐为硝酸镍、氯化镍、乙酰丙酮镍中的一种或几种，优选硝酸镍。

12、进一步的，上述镍基非均相催化剂的制备方法，步骤s3加热时的温度为90℃～120℃。

13、进一步的，上述镍基非均相催化剂的制备方法，步骤s3所述的碳载体为活性炭、碳纳米管、介孔碳中的一种或几种。

14、本发明第二个技术方案是采用第一个技术方案制备的一种镍基非均相催化剂，所述的镍基非均相催化剂中镍金属负载量为10wt％～50wt％。

15、本发明提供的第三个技术方案是上述的镍基非均相催化剂用于催化乙醇水相合成高级醇。

16、本发明提供的第四个技术方案是一种乙醇水相合成高级醇的方法，将发明第二个技术方案所述的催化剂，氢氧化钠，乙醇，水加入反应釜，在起始压力为0.1mpa，220～240℃反应5～7h，反应结束后使反应釜冷却至室温，收集气相和液相产物，对液相产物进行离心和过滤后，得到液相和催化剂固相，液相产物离心后静置自发相分层得到有机相和水相，收集有机相主要产物即为c4+高级醇；

17、所述的催化剂，氢氧化钠，乙醇，水的质量比为：0.15～0.2:0.4～0.6:2～4:2～4。

18、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下技术优点：

19、1、本发明提供的催化剂采用环戊酮作为还原引发剂，将ni原位还原为活性ni金属，同时加入碳载体作为疏水碳载体，使活性金属ni高分散嵌入疏水碳层，有效的保护了金属活性中心，提升了金属催化活性中心的分散性，有利于提高其催化活性；实现催化乙醇提质合成高碳醇化学品和可持续燃料前体，具有重要应用价值。

20、2、本发明提供的技术方案通过对醇溶剂、ni基环戊酮和醇的混合溶液中的ni与环戊酮摩尔比以及加热温度的研究，制备得到的催化剂能够促进c4+高级醇生成，提高c4+醇选择性。

21、3、本发明提供的技术方案采用低温温和的一锅法制备方法制备金属非均相催化剂，通过在较低温度和简化的反应条件下完成催化剂的整个制备过程，可以有效降低能耗、提高生产效率，并优化催化剂的结构和性能，该方法不仅有助于解决传统方法存在的技术难题，还为催化剂的商业化应用提供了新的机遇和前景。

技术特征：

1.一种镍基非均相催化剂的制备方法，其特征在于，依次包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述镍基非均相催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1所述醇溶剂为乙醇；步骤s2所述镍盐为硝酸镍。

3.根据权利要求1所述镍基非均相催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2所述ni盐与环戊酮的摩尔比为1：(2.5～8)。

4.根据权利要求1或3所述镍基非均相催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2所述ni盐与环戊酮的摩尔比为1：4。

5.根据权利要求1所述镍基非均相催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3加热时的温度为90℃～120℃。

6.根据权利要求1所述镍基非均相催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3所述的碳载体为活性炭、碳纳米管、介孔碳中的一种或几种。

7.一种镍基非均相催化剂，其特征在于，采用权利要求1～6任一所述的方法制备得到的。

8.根据权利要求7所述镍基非均相催化剂，其特征在于，所述的镍基非均相催化剂中镍金属负载量为10wt％～50wt％。

9.权利要求7所述的镍基非均相催化剂用于催化乙醇水相合成高级醇。

10.一种乙醇水相合成高级醇的方法，其特征在于，将权利要求7所述的催化剂，氢氧化钠，乙醇，水加入反应釜，在起始压力为0.1mpa，220～240℃反应5～7h，反应结束后使反应釜冷却至室温，收集气相和液相产物，对液相产物进行离心和过滤后，得到液相和催化剂固相，液相产物离心后静置自发相分层得到有机相和水相，收集有机相主要产物即为c4+高级醇；

技术总结
本发明公开了一种镍基非均相催化剂及其制备方法与应用，该催化剂的采用低温一锅法原位制备方法，采用环戊酮、醇作为还原引发剂和溶剂，与镍盐和碳载体混匀搅拌并进行干燥处理，即可得到所述催化剂；其制备方法简单；制备的催化剂催化活性高，可实现催化乙醇提质合成高碳醇化学品和可持续燃料前体；属于催化剂技术领域。

技术研发人员：张浅,唐瑾婷,宋佳杰,李小雨
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5