[發明專利]一種由甘蔗渣制備炭基固體磺酸的方法

無效

• 申請號: 201110425562.7
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN103157509A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 郭明林;劉曉娟;高會鵬;殷雪雁;張西娟
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種通過甘蔗渣制備炭基固體磺酸的方法，屬于制備固體酸的技術領域。

背景技術

當今世界經濟發展所依賴的能源主要是化石資源，隨著化石資源的逐漸消耗，及其過度使用造成了能源短缺和嚴重環境問題，大力開發可再生能源引起了人們的高度重視。生物質是一種資源豐富的可再生能源，包括所有動物、植物和微生物以及由這些有生命物質派生、排泄和代謝的有機質。

甘蔗渣是一種重要的生物質資源，是制糖工業的主要副產物。甘蔗渣成分主要是纖維素46.32％、半纖維素30.50％、木質素21.84％、灰分0.54％。目前甘蔗渣主要運用于動物飼料開發、食用菌栽培、沼氣發酵、制漿造紙、活性炭及重金屬離子吸附劑制備，還通過生物學和熱化學液化甘蔗渣制備低聚木糖、還原糖、乙醇、糠醛、乳酸、草酸等，提取木質素替代部分苯酚合成低醛型的酚醛樹脂用于人造板生產，與塑料共混復合制備高性能甘蔗渣木塑復合板，液化甘蔗渣制備多羥基化合物或生物質基多元醇用于聚酯類或聚氨酯類高分子材料的合成，微波裂解甘蔗渣間接液化制備左旋葡萄糖，吡喃葡萄糖、生物油、焦炭，氣化產物還可以合成甲醇、二甲醚和航空煤油(Wang?Y.-P，et.al，中國農學通報，2010，26(16)：370-375)。

炭基固體磺酸是一種以無定形碳為基體的、含有磺酸基團的既耐水又耐有機溶劑的酸性材料。它可被運用到許多需要酸催化的反應中，既具有均相催化劑硫酸催化反應的活性，又具有異相固體酸催化劑易分離的優點，同時還具有很好的耐熱穩定性和重復使用性。

2004年，Hara等人(Angrew.Chem.，Int.Ed.，2004，43(22)：2955-2958)利用硫酸在200～300℃對萘進行部分磺化和碳化，合成了含有磺酸基團的炭基固體磺酸，提出了炭基固體磺酸的概念。2005年，Toda等人(Nature，2005(438)：178)介紹了利用葡萄糖和蔗糖在低溫下先進行不完全碳化，然后通過硫酸磺化引進磺酸基團，得到了基于生物質材料的炭基固體磺酸。之后，許多學者相繼將淀粉、小米、木粉、椰殼、稻草水解渣等這些廉價、普遍的原料作為碳源。王同華等(CN101298566A)將木屑等生物質研碎，先在氮氣氛圍下300～500℃炭化1～20小時，再200～350℃氧化0.2～1小時，最后磺化1～10小時。婁文勇、宗敏華等(CN102125874A)將甘蔗渣和/或木薯粉粉碎，先加入1％～20％的稀酸室溫攪拌1～10小時，經抽濾、干燥，再300～500℃炭化0.5～20小時，最后加入濃硫酸100～200℃磺化1～20小時。這些先處理、后炭化、再磺化的過程冗長繁雜、時間長、能耗高，我們直接將糖廠廢棄物甘蔗渣與濃硫酸混合，加熱攪拌，保溫一定時間，同時進行脫水炭化磺化，大大簡化了反應過程，同時能得到性能與之相當的炭基固體磺酸。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是，提供一種甘蔗渣炭基固體磺酸的制備方法。本發明提供的方法為：取一定量的糖廠廢棄甘蔗渣、濃硫酸放入反應器中，加熱攪拌下進行脫水碳化磺化反應。反應結束后，經過充分水洗、醇洗得到甘蔗渣炭基固體磺酸。該制備方法具有操作簡單快速、分離簡單、產品收率高，便于工業化實施等特點。

本發明解決所述甘蔗渣炭基固體磺酸制備方法技術問題的技術方案是，設計一種甘蔗渣與濃硫酸制備甘蔗渣炭基固體磺酸的方法，該制備方法適用于本發明所述的炭基固體磺酸，具體工藝為：將濃硫酸和甘蔗渣混合物按1∶0.1～1的質量比相混合，加熱攪拌，保持溫度140～280℃，分離生成的水，反應0.2～3小時，過濾得到固體粉末，反復水洗和醇洗，即可得到炭基固體磺酸。

與現有技術的炭基固體磺酸制備方法相比，本發明提供的是一種新型的制備方法。使用的碳源甘蔗渣為可再生、廉價的生物質資源，產物易分離，所用濃硫酸可以反復使用。制備甘蔗渣炭基磺酸的反應時間短、產率高。同時制備工藝簡單，適宜大規模的工業化生產。

具體實施方式

下面結合實施例進一步敘述本發明。具體實施例不限制本發明的權利要求。

本發明所述甘蔗渣炭基固體磺酸制備方法技術方案是，采用甘蔗渣與濃硫酸制備炭基固體磺酸，該制備方法適用于本發明所述的炭基固體磺酸，具體工藝為：將濃硫酸和甘蔗渣混合物按1∶0.4～0.6的質量比相混合，加熱攪拌，保持溫度180～220℃，分離生成的水，反應0.5～1小時，過濾得到固體粉末，反復洗滌，即可得到甘蔗渣炭基固體磺酸。