改性核桃壳炭负载的碳化钼催化剂的制备及其在玉米油加氢脱氧反应中的应用

doi:10.3785/j.issn.1008-9497.2023.02.007

浙江大学学报（理学版）

2023, Vol. 50

Issue (2): 174-184 DOI: 10.3785/j.issn.1008-9497.2023.02.007

化学

改性核桃壳炭负载的碳化钼催化剂的制备及其在玉米油加氢脱氧反应中的应用

陈芳,郭慧君,宋雨濛,楼辉(

)

浙江大学化学系，浙江杭州 310028

Preparation of modified walnut shell char supported Molybdenum carbide catalyst and its application in hydrodeoxidation of corn oil

Fang CHEN,Huijun GUO,Yumeng SONG,Hui LOU(

)

Department of Chemistry，Zhejiang University，Hangzhou 310028，China

全文: PDF(5114 KB)

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摘要：

将核桃壳等可再生资源转化为能源或化工产品，是双碳目标的指引方向之一。核桃壳炭是核桃壳快速热解制备生物油的固体残渣，由于其低比表面积和较差的孔隙率，难以直接使用。用FeCl₃活化剂对核桃壳炭进行改性，并将其与常用的KOH改性做对比，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、BET方法、拉曼光谱、N₂等温吸脱附曲线等系列表征，发现相较核桃壳炭，改性核桃壳炭的石墨化程度有所提高，其中，用FeCl₃改性的核桃壳炭的比表面积由1.6 cm²·g^-1提高至377 cm²·g^-1，孔容由0.004 6 cm³·g^-1提高至0.074 cm³·g^-1，呈现丰富的海绵状孔结构，且收率（61.2%）高于用KOH改性的核桃壳炭（35.8%）。将用FeCl₃改性的核桃壳炭负载的碳化钼催化剂用于玉米油加氢脱氧反应，玉米油转化率和烃类产率分别达89.7%和87.2%，循环8次后，玉米油转化率和烃类收率均无明显下降，具有良好的稳定性。因此用FeCl₃改性的核桃壳炭经济、高效和环境友好，有一定的推广应用价值。

关键词： 核桃壳炭; FeCl₃改性; 催化活性; 稳定性

Abstract:

Converting renewable resources such as walnut shells into energy or chemical products is one of the targets for peak carbon dioxide emission and carbon neutrality. Walnut shell char is a solid byproduct of the rapid pyrolysis of walnut shells to create biological oil. Due to its limited porosity and low specific surface area, it is difficult to be used directly as carbon material. FeCl₃ was utilized to activate carbon extracted from walnut shells, whereas KOH was used as a reference. Through SEM, TEM, BET, Raman, N₂-adsorption, and other series of characterization, it was found that activation improves the degree of graphitization compared to that without activation. The specific surface area increased from 1.6 cm²·g^-1 to 377 cm²·g^-1 and the pore volume increased from 0.004 6 cm³·g^-1 to 0.074 cm³·g^-1 when the FeCl₃/WSC mass ratio was 10%. The structure of pores was abundant, and the carbon yield (61.2%) was higher than that by using the KOH activation method (35.8%). As a support for the corn oil hydrodeoxidation reaction, carbon derived from walnut shells was treated with FeCl₃ to produce the molybdenum carbide catalyst. The corn oil conversion rate and the yield of hydrocarbon were 89.7% and 87.2%, respectively. After 8 cycles, neither the corn oil conversion rate nor the yield of hydrocarbon decreased, and the catalyst remained stable. This method of modifying FeCl₃ has the advantages of cost-effectiveness, high efficiency, and environmental friendliness, as well as the potential for extensive use.

Key words: walnut shell char activation with FeCl₃ catalytic activity stability

收稿日期: 2021-12-10 出版日期: 2023-03-21

CLC:

O 643

基金资助: 浙江省基础公益项目(LGC22B050001)

通讯作者: 楼辉 E-mail: hx215@zju.edu.cn

作者简介: 陈芳（1975—），女，ORCID：https：//orcid.org/0009-0004-1387-7001，硕士，高级实验师，主要从事催化材料合成及微结构表征研究．

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陈芳, 郭慧君, 宋雨濛, 楼辉. 改性核桃壳炭负载的碳化钼催化剂的制备及其在玉米油加氢脱氧反应中的应用[J]. 浙江大学学报（理学版）, 2023, 50(2): 174-184.

Fang CHEN, Huijun GUO, Yumeng SONG, Hui LOU. Preparation of modified walnut shell char supported Molybdenum carbide catalyst and its application in hydrodeoxidation of corn oil. Journal of Zhejiang University (Science Edition), 2023, 50(2): 174-184.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/sci/CN/10.3785/j.issn.1008-9497.2023.02.007 或 https://www.zjujournals.com/sci/CN/Y2023/V50/I2/174

图1 WSC的扫描电镜图和透射电镜图

图2 WSC的XRD能谱

图3 不同活化方法下WSC的N2等温吸脱附曲线及孔径分布曲线

表1 不同活化方法下核桃壳炭的结构参数、元素组成、拉曼光谱数据及收率

表2 负载型Mo2C催化剂的结构参数、拉曼光谱数据及对应的反应结果

图4 改性WSC负载的Mo2C催化剂的XRD能谱

图5 Mo2C/WSC-10的XPS能谱

图6 改性WSC负载的Mo2C催化剂的Mo 3d和C 1s的XPS图注（a）（c）（e）（g）为Mo 3d，（b）（d）（f）（h）为C 1s。

表3 各催化剂Mo 3d XPS能谱分析结果

表4 各催化剂C 1s XPS能谱分析结果

图7 不同载体负载的Mo2C催化剂的玉米油加氢脱氧反应结果

图8 Mo2C/WSC-10和Mo2C/WSC-K催化剂的循环实验

图9 Mo2C/WSC-10和Mo2C/WSC-K循环使用前后的扫描电镜图

图10 Mo2C/WSC-10和Mo2C/WSC-K循环使用前后的XRD

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