一种介孔球状C-ZnO复合微波催化吸波剂及其制备方法与应用

本发明涉及生物质能源化工，尤其是涉及一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、生物质作为储量丰富、可再生的清洁能源，其高效转化利用是缓解能源危机和实现“双碳”目标的重要途径。微波热解技术因加热速率快、温度分布均匀及能耗低等优势，在生物质资源化领域备受关注。然而，生物质原料自身的介电常数低，对微波的吸收能力弱，导致热解效率低下；同时，传统热解产物组分复杂，富氢燃气等目标产物的选择性差，严重制约了该技术的规模化应用。

2、为解决上述问题，引入兼具微波吸收与催化功能的材料成为关键策略。碳基材料（如活性炭、生物炭）凭借优异的介电损耗能力和多孔结构，是理想的微波吸收介质；金属氧化物（如zno）则因具有催化脱氢与芳构化活性，被广泛用于调控热解产物分布。现有研究通常将碳材料与金属氧化物进行复合，以发挥协同增效作用。然而，目前报道的复合微波催化吸波剂多存在制备工艺复杂、微观结构可控性差、活性组分分布不均等问题，导致微波吸收与催化功能的协同效应未能充分释放，对生物质微波热解产气品质的提升效果有限。此外，现有复合材料的制备往往涉及多步反应或高温煅烧，成本较高，不利于工业化推广。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂及其制备方法与应用，旨在克服现有生物质微波热解中微波吸收效率低、产物选择性差以及现有复合微波催化吸波剂制备工艺复杂、结构可控性差等技术缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、配制乙酸锌的乙二醇溶液和氢氧化钠的乙二醇溶液，乙酸锌的乙二醇溶液浓度为0.05~0.2m，氢氧化钠的乙二醇溶液浓度为0.3~1.0m；

4、s2、按照体积比为(1~3):1，将乙酸锌的乙二醇溶液在搅拌条件下缓慢加入至氢氧化钠的乙二醇溶液中，滴加完毕后继续搅拌5~20分钟，混合形成ph值为9~11的乳白色悬浊液；

5、s3、向s2所得悬浊液中加入0.1~0.5g葡萄糖作为碳原料，搅拌至混合均匀；

6、s4、将s3所得混合液转移至特氟龙衬里不锈钢高压反应釜中，于140~180℃下恒温反应20~28小时；

7、s5、反应结束后，自然冷却至室温，将反应产物进行离心分离，收集黑色固体产物，用去离子水反复洗涤3~5次，于50~80℃烘箱中干燥4~8小时，即得介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂。

8、优选的，s1中，乙酸锌的乙二醇溶液的浓度为0.1m，氢氧化钠的乙二醇溶液的浓度为0.6m。

9、优选的，s2中，乙酸锌的乙二醇溶液与氢氧化钠的乙二醇溶液的体积比为2.2:1；乳白色悬浊液的ph值为10.1。

10、优选的，s3中，葡萄糖的添加量为0.2g。

11、优选的，s4中，恒温反应的温度为160℃，反应时间为24小时。

12、优选的，s5中，所述干燥为在60℃烘箱中干燥6小时。

13、本发明还提供了一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂，采用上述制备方法制得，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂由氧化锌和碳组分复合而成，呈规整的球状颗粒形貌；单颗球状颗粒的粒径为1~2μm，所述球状颗粒由纳米级初级颗粒堆积聚集而成；

14、所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂具有介孔结构，比表面积为100~150m2/g，平均孔径为4~6nm；

15、所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的碳负载量为15~25wt%，氧化锌为六方相结构，碳组分以无定形碳形式均匀掺杂于氧化锌基体中。

16、优选的，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的比表面积为123.5m2/g，平均孔径为4.76nm，碳负载量为18.32wt%。

17、优选的，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂中zn、o、c三种元素呈均匀分布，c元素均匀分布于球状颗粒的内部及表面。

18、本发明还提供了上述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂在生物质微波热解中的应用，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂作为微波吸收剂和催化剂用于生物质微波热解产气增效，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的添加量为生物质原料质量的2wt%；所述生物质为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、杨木屑中的任意一种或多种；所述微波热解的温度为500℃。

19、因此，本发明采用上述一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂及其制备方法与应用，具有以下有益效果：

20、1）显著的催化吸波协同增效：本发明的c-zno复合催化吸波剂中，碳组分作为优良的微波吸收介质，快速将微波能转化为热能，在反应体系内形成局部热点；zno活性位点则有效降低生物质大分子裂解活化能，定向催化脱氢和裂解反应。二者协同作用，提升热解气中h2含量。

21、2）制备工艺简单可控：本发明采用一步溶剂热法，在相对温和条件下实现c-zno复合材料的合成，无需高温煅烧或后续复杂处理。

22、3）应用范围广泛：适用于各类农林生物质（小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、杨木屑等）的单独微波热解，也可用于生物质与废塑料的共热解体系，还可集成于自发电式微波热解系统，有效提高系统能量自给率。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，乙酸锌的乙二醇溶液的浓度为0.1m，氢氧化钠的乙二醇溶液的浓度为0.6m。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，乙酸锌的乙二醇溶液与氢氧化钠的乙二醇溶液的体积比为2.2:1；乳白色悬浊液的ph值为10.1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s3中，葡萄糖的添加量为0.2g。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s4中，恒温反应的温度为160℃，反应时间为24小时。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s5中，所述干燥为在60℃烘箱中干燥6小时。

7.一种介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的制备方法制得，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂由氧化锌和碳组分复合而成，呈规整的球状颗粒形貌；单颗球状颗粒的粒径为1~2μm，所述球状颗粒由纳米级初级颗粒堆积聚集而成；

8.根据权利要求7所述的介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂，其特征在于，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的比表面积为123.5m2/g，平均孔径为4.76nm，碳负载量为18.32wt%。

9.根据权利要求7所述的介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂，其特征在于，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂中zn、o、c三种元素呈均匀分布，c元素均匀分布于球状颗粒的内部及表面。

10.如权利要求7-9任一项所述的介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂在生物质微波热解中的应用，其特征在于，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂作为微波吸收剂和催化剂用于生物质微波热解产气增效，所述介孔球状c-zno复合微波催化吸波剂的添加量为生物质原料质量的2wt%；所述生物质为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、杨木屑中的任意一种或多种；所述微波热解的温度为500℃。