一種用于塑料熱解制氫的鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑及 其制備方法和應(yīng)用 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明屬于廢塑料處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑及其制備方法和應(yīng)用。 背景技術(shù) [0002] 在全球范圍內(nèi)，塑料已成為生活中不可或缺的一部分，同時也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。在此背景下，高效地回收和處理廢塑料顯得尤為重要，這不僅有助于減少碳排放，也能顯著降低環(huán)境污染。催化熱解技術(shù)能將廢塑料轉(zhuǎn)化為高附加值的燃料油、氫氣等產(chǎn)品，但傳統(tǒng)上高效的催化熱解需要使用釕、鉑等昂貴的貴金屬催化劑，高昂的催化劑成本限制了技術(shù)的廣泛應(yīng)用。與貴金屬催化劑相比，氧化鐵（Fe2O3）復(fù)合氧化鋁（Al2O3）催化劑成本較低，大幅降低廢塑料熱解技術(shù)的經(jīng)濟負擔(dān)。不過，氧化鐵結(jié)構(gòu)中的鐵為八面體位三價鐵，其催化熱解塑料轉(zhuǎn)化制氫的過程中會被還原，其本征活性/催化產(chǎn)氫的選擇性都相對較低；此外，氧化鐵（Fe2O3）復(fù)合氧化鋁（Al2O3）催化劑的比表面積通常不會很大，在高溫催化反應(yīng)條件下會因為奧斯特瓦爾德熟化現(xiàn)象導(dǎo)致團聚，影響催化熱解效果。中國專利CN?115869952?A公開了一種用于塑料降解制氫的催化劑及其制備方法和應(yīng)用，是將溶劑熱法制得含鋁、鐵前驅(qū)物，進行煅燒、淬火后得到含羥基和氧缺陷且具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的氧化鋁/氧化鐵復(fù)合材料，該復(fù)合材料用于塑料降解制氫的催化劑。當(dāng)塑料投料500μg，催化劑投料10mg，進行催化反應(yīng)，產(chǎn)氫量最高為390.2μL。該方法雖避免采用成本高昂的貴金屬催化劑，但仍存在產(chǎn)氫量低、催化劑成本高的問題。 發(fā)明內(nèi)容 [0003] 針對現(xiàn)有塑料熱解技術(shù)中貴金屬催化劑成本高昂、氧化鐵復(fù)合氧化鋁催化劑本征活性/催化產(chǎn)氫的選擇性都相對較低的情況，本發(fā)明以生物炭為基底，通過水熱法獲得鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑，該催化劑為生物炭負載立方相FeAl2O4正尖晶石型氧化物，氧 2 化物負載量為15 80?wt.%，鐵元素為四面體位二價鐵，其結(jié)構(gòu)的比表面積大于300?m/g，同~ 時具備微孔和介孔微結(jié)構(gòu)。 [0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： [0005] 一種鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑的制備方法，包括以下步驟： [0006] （1）將含氮水溶性聚合物、亞鐵鹽和鋁鹽配成水溶液，加入生物炭進行超聲分散，再加入含氮堿溶液，并保持超聲得到混合物； [0007] （2）將上述混合物進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束冷卻并干燥，即制得鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑。 [0008] 優(yōu)選地，所述含氮水溶性聚合物與生物炭的質(zhì)量比為1:（0.05 2）；所述亞鐵鹽與~ 鋁鹽的摩爾比為1:2；所述亞鐵鹽與生物炭的摩爾質(zhì)量比為1?4?mmol/g。 [0009] 優(yōu)選地，所述含氮水溶性聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、殼聚糖中的一種或兩種；所述含氮堿溶液包括氨水溶液、銨鹽水溶液和有機胺水溶液中一種或多種。 [0010] 優(yōu)選地，所述含氮水溶性聚合物與生物炭的質(zhì)量比為1:1；所述亞鐵鹽與生物炭的摩爾質(zhì)量比為3mmol/g。 [0011] 優(yōu)選地，所述銨鹽水溶液為碳酸銨水溶液、碳酸氫銨水溶液中的一種或兩種，所述有機胺水溶液為三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、正丁胺和環(huán)己胺的水溶液中一種或多種。 [0012] 優(yōu)選地，所述亞鐵鹽為二價鐵的硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、硫氰酸鹽中或它們的水合物中的一種或多種。 [0013] 優(yōu)選地，所述鋁鹽為鋁的硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、溴化鹽中或它們的水合物中的一種或多種。 [0014] 優(yōu)選地，所述生物炭與含氮堿溶液的質(zhì)量體積比為0.01 0.1g/mL，含氮堿溶液的~ 濃度為15 35?wt.?%。 ~ [0015] 優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為140±20℃、反應(yīng)時間為20±5?h。 [0016] 優(yōu)選地，所述生物炭的制備：將生物質(zhì)粉末在惰性氣體氛圍中進行碳化反應(yīng)，反應(yīng)溫度700 900℃，反應(yīng)時間0.5 4?h，即可得到的生物炭。 ~ ~ [0017] 優(yōu)選地，所述生物質(zhì)粉末的粒徑為24?35目，所述碳化反條件為：以10±5℃/min的加熱速率升溫到800±50℃反應(yīng)?2±0.5h；所述生物質(zhì)為木材，竹材、秸稈、甘蔗渣、稻糠、木屑、果殼、苧麻、玉米棒中的一種或兩種以上的混合。 [0018] 優(yōu)選地，惰性氣體氛圍為氮、氬和氦氣中的一種或多種。 [0019] 優(yōu)選地，制得的催化劑中氧化物負載量為30 60?wt.%，優(yōu)選為35 50wt.%，更優(yōu)選~ ~ 40?45%。 [0020] 另一目的，本發(fā)明還保護上述方法制得的鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑用于塑料熱解制氫，包括以下步驟： [0021] 將塑料置于熱解反應(yīng)器，將鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑置于熱催化反應(yīng)器，熱解反應(yīng)溫度為600℃，催化溫度為800℃。

1.一種用于塑料熱解制氫的鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑的制備方法，其特征在于，所述催化劑為氮摻雜生物炭負載立方相FeAl2O4正尖晶石型氧化物，所述催化劑含氧化氮、石墨氮、吡咯氮和吡啶氮，其中氧化物的負載量為30 60wt.%，鐵元素為四面體位二價~ 鐵；包括以下步驟： （1）將含氮水溶性聚合物、亞鐵鹽和鋁鹽配成水溶液，加入生物炭進行超聲分散，再加入含氮堿溶液，并保持超聲得到混合物；所述亞鐵鹽與鋁鹽的摩爾比為1:2； （2）將上述混合物進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為140±20℃，反應(yīng)時間為20±5?h；反應(yīng)結(jié)束冷卻并干燥，即制得鐵鋁尖晶石氮摻雜生物炭催化劑； 所述含氮水溶性聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、殼聚糖中的一種或兩種；所述含氮堿溶液包括氨水溶液、銨鹽水溶液和有機胺水溶液中一種或多種。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含氮水溶性聚合物與生物炭的質(zhì)量比為1:（0.05 2）；所述亞鐵鹽與生物炭的摩爾質(zhì)量比為1?4?mmol/g。 ~ 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述生物炭與含氮堿溶液的質(zhì)量體積比為0.01 0.1g/mL，含氮堿溶液的濃度為15 35?wt.%。 ~ ~ 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述含氮水溶性聚合物與生物炭的質(zhì)量比為1:1；所述亞鐵鹽與生物炭的摩爾質(zhì)量比為3mmol/g。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述銨鹽水溶液為碳酸銨水溶液、碳酸氫銨水溶液中的一種或兩種，所述有機胺水溶液為三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、正丁胺和環(huán)己胺的水溶液中一種或多種； 所述亞鐵鹽為二價鐵的硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、硫氰酸鹽或它們的水合物中的一種或多種； 所述鋁鹽為鋁的硝酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽、溴化鹽中或它們的水合物中的一種或多種。 6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的制備方法，其特征在于，所述生物炭的制備：將生物~ 質(zhì)粉末在惰性氣體氛圍中進行碳化反應(yīng)，反應(yīng)溫度700 900℃，反應(yīng)時間0.5 4?h，即制得生~ ~ 物炭。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)粉末的粒徑為24?35目，所述碳化反條件為：以10±5℃/min的加熱速率升溫到800±50℃反應(yīng)?2±0.5h；所述生物質(zhì)為木材、竹材、秸稈、甘蔗渣、稻糠、果殼、苧麻、玉米棒中的一種或兩種以上的混合。