由生物质催化形成一氧化碳(CO)和氢(H2)的制作方法

文档序号:16219873发布日期:2018-12-11 19:41阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于由生物质或其组分或者碳水化合物制备一氧化碳(CO)和氢(H2)的方法,所述方法包括下述步骤:

(a)在足以产生一氧化碳(CO)和任选的二氧化碳(CO2)的条件下,在浓酸的存在下,使所述生物质、生物质组分或碳水化合物与多金属氧酸盐催化剂或其溶剂化物接触;和

(b)电化学产生氢(H2);

其中步骤(a)和(b)同时或序贯执行。

2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括下述步骤:组合步骤(a)中产生的一氧化碳(CO)或其一部分和步骤(b)中产生的氢(H2)或其一部分,以便形成合成气体(合成气)。

3.根据权利要求1所述的方法,其中所述生物质或其组分包含木质素、木质纤维素、纤维素、半纤维素或其任何组合。

4.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(a)包括生物质的使用。

5.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(a)包括选自木质素、木质纤维素、纤维素、半纤维素及其任何组合的生物质组分的使用。

6.根据权利要求1或5所述的方法,所述方法还包括下述步骤:在步骤(a)之前将所述生物质分离成其一种或多种组分,并且在步骤(a)中使用所述组分中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的方法,其中所述生物质分离成半纤维素和木质纤维素,并且木质纤维素用于步骤(a)中。

8.根据权利要求6所述的方法,其中所述生物质分离成半纤维素和木质纤维素,所述木质纤维素还分离成木质素和纤维素,并且木质素或纤维素用于步骤(a)中。

9.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(a)包括任选来源于生物质的碳水化合物的使用。

10.根据权利要求1或9所述的方法,其中所述碳水化合物选自单糖、二糖、三糖、寡糖、多糖、糖醇、来源于陆生生物质的碳水化合物、淀粉及其任何组合。

11.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(a)和(b)作为单罐反应同时进行。

12.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(b)使用选自Au、Ag、Ni、Co、Pt、Pd、Cu、Al、Au/Ag、Au/Cu、Au/Ag/Cu、Au/Pt、Au/Pd、Au/Ag/Cu/Pd、Pt-Rh、Ni-Co和Pt-Ni-Fe电极的电极进行。

13.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括将步骤(a)和(b)重复至少另外一次的步骤,而无需再循环或再生所述多金属氧酸盐催化剂。

14.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括在步骤(a)后从反应中去除CO的步骤,其中所述去除步骤通过净化进行。

15.一种用于由生物质或其组分或者碳水化合物制备一氧化碳(CO)和任选的二氧化碳(CO2)的方法,所述方法包括下述步骤:在足以产生一氧化碳(CO)和任选的二氧化碳(CO2)的条件下,在浓酸的存在下,使所述生物质、生物质组分或碳水化合物与多金属氧酸盐催化剂或其溶剂化物接触。

16.根据权利要求15所述的方法,其中所述生物质包含木质素、木质纤维素、纤维素、半纤维素或其任何组合。

17.根据权利要求15所述的方法,所述方法包括生物质的使用。

18.根据权利要求15所述的方法,所述方法包括选自木质素、木质纤维素、纤维素、半纤维素及其任何组合的生物质组分的使用。

19.根据权利要求15或18所述的方法,所述方法还包括下述步骤:在执行所述方法之前将生物质分离成其一种或多种组分。

20.根据权利要求19所述的方法,其中所述生物质分离成半纤维素和木质纤维素,并且木质纤维素用于所述方法中。

21.根据权利要求19所述的方法,其中所述生物质分离成半纤维素和木质纤维素,所述木质纤维素还分离成木质素和纤维素,并且木质素或纤维素用于所述方法中。

22.根据权利要求15所述的方法,所述方法包括任选来源于生物质的碳水化合物的使用。

23.根据权利要求15或22所述的方法,其中所述碳水化合物选自单糖、二糖、三糖、寡糖、多糖、糖醇、来源于陆生生物质的碳水化合物、淀粉及其任何组合。

24.根据权利要求15所述的方法,所述方法还包括将所述方法重复至少另外一次的步骤,而无需再循环或再生所述多金属氧酸盐催化剂。

25.根据权利要求15-18中任一项所述的方法,其中所述多金属氧酸盐与碳水化合物、生物质或生物质组分的比率为1当量或更少的多金属氧酸盐/所述碳水化合物、生物质或生物质组分中的碳原子。

26.一种通过包括水煤气变换反应用于由生物质或其组分或者碳水化合物制备氢(H2)的方法;所述方法包括下述步骤:

(a)在足以产生二氧化碳(CO2)的条件下,在浓酸的存在下,使所述生物质、生物质组分或碳水化合物与多金属氧酸盐催化剂或其溶剂化物接触;和

(b)电化学产生氢(H2);

其中步骤(a)和(b)同时或序贯执行。

27.根据权利要求26所述的方法,其中所述生物质或其组分包含木质素、木质纤维素、纤维素、半纤维素或其任何组合。

28.根据权利要求26所述的方法,其中步骤(a)包括生物质的使用。

29.根据权利要求26所述的方法,其中步骤(a)包括选自木质素、木质纤维素、纤维素、半纤维素及其任何组合的生物质组分的使用。

30.根据权利要求26或29所述的方法,所述方法还包括下述步骤:在步骤(a)之前将所述生物质分离成其一种或多种组分,并且在步骤(a)中使用所述组分中的一种或多种。

31.根据权利要求30所述的方法,其中所述生物质分离成半纤维素和木质纤维素,并且木质纤维素用于步骤(a)中。

32.根据权利要求30所述的方法,其中所述生物质分离成半纤维素和木质纤维素,所述木质纤维素还分离成木质素和纤维素,并且木质素或纤维素用于步骤(a)中。

33.根据权利要求26所述的方法,其中步骤(a)包括任选来源于生物质的碳水化合物的使用。

34.根据权利要求26或33所述的方法,其中所述碳水化合物选自单糖、二糖、三糖、寡糖、多糖、糖醇、来源于陆生生物质的碳水化合物、淀粉及其任何组合。

35.根据权利要求26所述的方法,其中步骤(b)使用选自Au、Ag、Ni、Co、Pt、Pd、Cu、Al、Au/Ag、Au/Cu、Au/Ag/Cu、Au/Pt、Au/Pd、Au/Ag/Cu/Pd、Pt-Rh、Ni-Co和Pt-Ni-Fe电极的电极进行。

36.根据权利要求26所述的方法,所述方法还包括将步骤(a)和(b)重复至少另外一次的步骤,而无需再循环或再生所述多金属氧酸盐催化剂。

37.根据权利要求26所述的方法,其中所述多金属氧酸盐与碳水化合物、生物质或生物质组分的比率为大于1当量的多金属氧酸盐/所述碳水化合物、生物质或生物质组分中的碳原子。

38.根据权利要求26-29中任一项所述的方法,其中所述浓酸以在水中50%w/w或更大的浓度存在。

39.根据权利要求26-29中任一项所述的方法,其中所述酸是纯酸,其用作反应的溶剂。

40.根据权利要求26-29中任一项所述的方法,其中所述酸选自H2SO4、HClO4、H3PO4、CH3SO3H、CF3SO3H、CF3COOH、CH3COOH/H2SO4及其任何组合。

41.根据权利要求26-29中任一项所述的方法,其中所述反应在有氧条件下进行。

42.根据权利要求26-29中任一项所述的方法,其中所述反应在无氧条件下进行。

43.根据权利要求26-29中任一项所述的方法,其中所述多金属氧酸盐催化剂是由通式[XxMmOy]q-表示的多氧阴离子盐或其溶剂化物,其中

X是金属或非金属杂原子或者质子;

M是选自钨(W)、钼(Mo)、铌(Nb)、钒(V)、钽(Ta)、铋(Bi)、锑(Sb)、锡(Sn)及其任何组合的增补原子;

O是氧;

x是0至6的整数;

m是4至200的整数;

y是5至1000的整数;和

q是0至30的整数。

44.根据权利要求43所述的方法,其中所述多金属氧酸盐催化剂由通式Qq[XM12O40]或其溶剂化物表示,其中

X选自(i)B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、P、As、Sb、S、Se、Te;(ii)质子;和(iii)选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的过渡金属;

M选自钨(W)、钼(Mo)及其组合,其中所述钨和/或钼处于+4、+5或+6的高价态;

Q是选自质子、碱金属、碱土金属、过渡金属包括镧系元素或锕系元素、主族金属、和有机阳离子的抗衡阳离子;和

q是0至30的整数。

45.根据权利要求44所述的方法,其中所述多金属氧酸盐催化剂由通式Qq[XM12-nM’nO40]表示或是其溶剂化物,其中Q、X、M、O和q如权利要求44中定义;M’选自铌(Nb)、钽(Ta)、锑(Sb)、铋(Bi)、锡(Sn)和钒(V);并且n是0、1、2、3、4、5或6。

46.根据权利要求45所述的方法,其中所述多金属氧酸盐催化剂由通式Qq[XMo12-nVnO40]表示或是其溶剂化物。

47.根据权利要求46所述的方法,其中所述多金属氧酸盐催化剂是H5PV2Mo10O40或其溶剂化物。

48.根据权利要求43所述的方法,其中所述多金属氧酸盐采取溶剂化物的形式。

49.根据权利要求48所述的方法,其中所述溶剂化物选自水合物、二乙醚溶剂化物、乙腈溶剂化物、二甲亚砜溶剂化物、四氢呋喃溶剂化物、以及醇盐。

50.根据权利要求48所述的方法,其中所述多金属氧酸盐采取含有1/2至500个水分子的水合物形式。

51.根据权利要求38所述的方法,其中所述浓酸以在水中大于80%w/w的浓度存在。

52.根据权利要求38所述的方法,其中所述浓酸以在水中大于90%w/w的浓度存在。

53.根据权利要求50所述的方法,其中所述多金属氧酸盐是H5PV2Mo10O40·nH2O,其中n是0至36。

54.根据权利要求44所述的方法,其中Q是有机阳离子,其中所述有机阳离子为季铵或鏻阳离子。

55.根据权利要求49所述的方法,其中所述溶剂化物是醇盐,其中所述醇盐是甲醇盐或乙醇盐。

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