[發(fā)明專利]生物質(zhì)碳磺酸的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611120915.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106582716A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李長英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西一品達(dá)石化有限公司
• 主分類號(hào): B01J27/02
• 分類號(hào): B01J27/02;B01J37/08;B01J37/10
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司61220
• 代理人: 賈苗苗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)碳磺酸的制備方法。

背景技術(shù)

隨著國際化石能源日益短缺，纖維素作為最廣泛的可再生生物能源原料，其轉(zhuǎn)換和利用的研究受到廣泛關(guān)注。可再生的生物質(zhì)能源大量存在于自然界中，尤其是纖維素。纖維素水解產(chǎn)物之一的葡萄糖可以為人體或其他哺乳動(dòng)物體提供能量；同時(shí)葡萄糖的發(fā)酵產(chǎn)物甲醇和乙醇等可以代替石油和煤炭等化石燃料，為人類提供所需的能源。然而，纖維素是由葡萄糖單元通過β-1,4 糖苷鍵連接組成，分子之間存在大量氫鍵和范德華力，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固難以水解。

目前，纖維素水解主要采用生物酶水解和酸水解兩種方法，這兩種方法存在產(chǎn)物與催化劑分離困難、催化劑回收利用復(fù)雜和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，促使人們尋求新的方法來進(jìn)行纖維素水解。近年來非均相催化水解纖維素的研究得到人們的高度重視，利用稠環(huán)芳烴、葡萄糖和微晶纖維素等含碳化合物制備含有高密度磺酸基團(tuán)的新型無定形碳基固體酸，用于替代硫酸作為纖維素水解制備葡萄糖的催化劑。另一方面，由于這類無定形結(jié)構(gòu)的碳材料表面積較小，催化劑的酸量不高，催化活性低于預(yù)期，葡萄糖收率低，用活性炭為載體制備固體碳磺酸，，有效提高了纖維素水解制葡萄糖的收率，隨后引起人們對(duì)多孔碳催化材料的關(guān)注。多孔碳成本低，無氧條件下很穩(wěn)定，而且還具有低密度、高熱導(dǎo)率、良好的導(dǎo)電性、機(jī)械穩(wěn)定性以及表面積可以控制等優(yōu)勢。因此，開發(fā)一種新型的多孔碳材料意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種生物質(zhì)碳磺酸的制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

生物質(zhì)碳磺酸的制備方法，包含以下步驟：

（1）炭化：將20.8g 葡萄糖浸漬在10.0g納米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃預(yù)炭化6h，隨后在N₂ 保護(hù)下以2℃/min的升溫速率升溫到800-1200℃后，炭化3h得到黑色碳-硅復(fù)合材料；將得到的復(fù)合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去離子水洗滌至濾液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再將碳材料研磨，過100目篩，備用；

（2）磺化：取2.0g 步驟（1）的產(chǎn)物，加入40 mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸中，放入水熱反應(yīng)釜中，升溫至140-200℃，反應(yīng)6-10h，冷卻后稀釋過濾，再用90℃的去離子水洗滌黑色固體至濾液中不含有硫酸根離子，將洗滌后的黑色固體110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。

優(yōu)選地，步驟（1）中N₂的流速為10mL/min。

優(yōu)選地，步驟（1）中HF溶液的質(zhì)量濃度為30%。

優(yōu)選地，步驟（1）中，在N₂ 保護(hù)下以2℃/min的升溫速率升溫到1050℃。

優(yōu)選地，步驟（2）中，在水熱反應(yīng)釜中，升溫至160℃，反應(yīng)8h。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明制備得到的生物質(zhì)碳磺酸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在纖維素水解反應(yīng)中具有較好的催化活性。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

生物質(zhì)碳磺酸的制備方法，包含以下步驟：

（1）炭化：將20.8g 葡萄糖浸漬在10.0g納米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃預(yù)炭化6h，隨后在N₂ 保護(hù)下以2℃/min的升溫速率升溫到800℃后，炭化3h得到黑色碳-硅復(fù)合材料；將得到的復(fù)合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去離子水洗滌至濾液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再將碳材料研磨，過100目篩，備用；

（2）磺化：取2.0g 步驟（1）的產(chǎn)物，加入40 mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸中，放入水熱反應(yīng)釜中，升溫至140℃，反應(yīng)10h，冷卻后稀釋過濾，再用90℃的去離子水洗滌黑色固體至濾液中不含有硫酸根離子，將洗滌后的黑色固體110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。

實(shí)施例2

生物質(zhì)碳磺酸的制備方法，包含以下步驟：

（1）炭化：將20.8g 葡萄糖浸漬在10.0g納米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃預(yù)炭化6h，隨后在N₂ 保護(hù)下以2℃/min的升溫速率升溫到1200℃后，炭化3h得到黑色碳-硅復(fù)合材料；將得到的復(fù)合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去離子水洗滌至濾液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再將碳材料研磨，過100目篩，備用；