[發明專利]一種介孔材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310718890.5
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103691372A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 廖文強;張翼冠
• 申請（專利權）人: 廖文強
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C01B33/14;C12N11/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 馮瓊

技術領域

本發明涉及材料領域，特別涉及一種介孔材料的制備方法。

背景技術

我國原油需求的增加和環境污染的雙重壓力下，發展可再生清潔能源，對降低對原油的依賴和減輕“霧霾”等環境的壓力都具有重要意義。近年來以生物質為原料制取生物液體燃料取得重大進展。目前技術與工藝已經可以將人類不可直接食用的含有纖維素的生物質如秸稈、蔗渣等為原料制備纖維素乙醇。

從生物質制備乙醇一般包括以下幾個步驟：

（一）生物質原料的收集和運輸；

（二）生物質的預處理；

（三）用纖維素酶將纖維素分解、轉化為可人類可消化食用的糖類如葡萄糖；

（四）糖發酵得到液體燃料即乙醇。

上述第三步過程中使用纖維素酶不能回收、不能重復使用、酶成本太高，導致目前的生物液體燃料尤其是纖維素乙醇無法商業化大規模生產，生物液體燃料尤其是纖維素乙醇的價格以燃燒值為單位遠高于從化石原料所得到的燃料油。

纖維素乙醇因用酶成本高而不能商業化生產，目前針對這一問題的解決方案是從纖維素酶本身入手，通過優化制備纖維素酶的菌株，改良制備工藝等實現制備高活性的纖維素酶。丹麥諾維信高活性纖維素酶產品名諾纖力賽力(CTec3)，美國杰能科（Genecore）高活性纖維素酶產品名Accellerase?TRIO。但不論如何改進工藝、優選菌株，都不能無限制的提高酶活力。另外，因自由酶本身存在局限性，如穩定性差、不易儲存、不能回收反復使用等，因此從纖維素酶本身入手解決纖維素乙醇生產時酶成本過高的瓶頸的方案受到限制。

另一可選的解決方案是采用介孔材料固定化纖維素酶。介孔材料是指孔徑介于2～50納米的新型多孔材料，其具有巨大比表面積和三維孔道結構。介孔材料的高比表面積，可控的孔徑分布和較大的孔體積使其在催化、吸附脫附、傳感器、藥物控釋和新型介孔材料等方面都有許多潛在的應用價值。介孔材料固定化酶具有較好的耐溫性、pH適應性和重復利用性。

未經介孔材料固定化的酶即自由酶在實際使用中存在以下缺點：（1）不能回收，不可重復使用；（2）穩定性差，在一些環境中酶活性降低甚至失去活性；（3）酶催化效率低。采用介孔材料固定化酶可克服上述缺點。

目前介孔材料的制備方法不利于工業化生產，如需要高溫或者高壓;或者需要表面活性劑戊二醛、聚乙二醇、聚乙烯醇、span80等做模板；或者需要在反應體系中加入乙醇或者甲醇等醇類物質；或者需要氮氣等惰性氣體的制備環境；或者制備時間長；另外這些方法制備獲得的介孔材料孔徑范圍狹窄，孔徑調節范圍小，這些導致制備介孔材料過程復雜、生物不相容、環境不友好、生產成本高、不能工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種生物相容的非表面活性劑為模板制備介孔材料的方法，所述方法制備介孔材料可通過模板濃度調節孔徑大小。

本發明提供的一種介孔材料的制備方法，包含以下步驟：

一種介孔材料的制備方法，包含以下步驟：

步驟1：攪拌下向前驅體中加入酸或堿溶液，經過水解得到透明溶液，將透明溶液冷卻，充分移除并回收反應副產物乙醇；

步驟2：在攪拌下向透明溶液加入模板溶液，用堿性溶液調節pH值為中性成膠，模板質量百分比為15%-65%；

步驟3：將成膠得到的濕膠粉碎，水洗除去模板，獲得白色的凝膠，將凝膠進行干燥，粉碎過篩即得本發明所述介孔材料。

作為優選，正硅酸乙酯與HCl的質量比為500-1200:1。

更優選地，正硅酸乙酯與HCl的質量比為750:1。

步驟1中，充分移除并回收乙醇，乙醇移除率不低于95%，最佳移除率不要低于99%，使反應體系中乙醇殘留率小于1%。

步驟1中，反應副產物乙醇回收，可作為商業產品。

所述模板選自D-葡萄糖、果糖、蔗糖、尿素、甘油、寡肽、海藻糖。

步驟1述酸溶液選自HCl、H₂SO₄或者HNO₃溶液，所述堿溶液為NaOH溶液。

正硅酸乙酯與HCl的質量比為500-1200:1。

正硅酸乙酯與HCl的質量比為750:1。

作為優選，步驟2中D-葡萄糖與正硅酸乙酯的質量比為1：3-16。

更優選地，步驟2中D-葡萄糖與正硅酸乙酯的質量比為1：8。

作為優選，步驟2所述堿性溶液選自NaOH、KOH或氨水溶液。