[發明專利]一種磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810182541.9
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108479850B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 毛輝麾;雷沖;高趙萍;王倩倩;張艷;孟燁
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;B01J31/26;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/10;C07C67/08;C07C69/58
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一種磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料及其制備方法，涉及一種非均相納米碳/粘土復合催化材料的制備方法。本發明的目的是提供一種非均相納米復合酸催化材料的制備方法，具體制備過程是將插層前驅體有機物和蒙脫石顆粒分散介質中，分散均勻，調節pH值進行插層，再經水熱處理后得到磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料。該制備方法過程簡單，反應條件簡單易行，制備材料具有比表面積高、孔容量大、酸催化活性位多、可循環利用的特點。

涉及領域

本發明涉及一種磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料及其制備方法，屬于材料制備和應用領域。

背景技術

液體酸是化工生產過程中重要的酸催化劑，每年有數以百萬噸計的工業濃硫酸被用于石油化工生產。但是濃硫酸催化體系中的催化劑分離是一項復雜而有具有一定風險的工程。每年都有大量的廢酸由此產生，不僅浪費，而且帶來很大的環保壓力。近年來，隨著工業生產環保要求的提高，迫切需要開發能夠替代液體酸，并且具有較強酸催化活性，能重復使用的固體酸催化劑。理想的固體酸催化劑需要具備足量的質子酸活性位和良好的穩定性，因此，有機酸/無機固體復合催化劑和強酸性樹脂等材料被開發并用于酸性催化。但是，上述的固體酸催化材料依然存在成本高等缺點。

近年來，納米碳質材料在催化領域的應用研究報道逐年增加，用于酸催化的酸性納米碳質材料也被開發。通常合成的酸性碳質材料的過程分為兩步：第一步，將碳源料在高于400℃的溫度下進行高溫碳化處理；第二步，將碳化處理得到的碳材料用液體酸在接近100℃的條件下進行酸化處理。但是以上的過程需要在高溫下使用液體酸，并不是一個綠色環保的制備過程。

作為一種廉價、綠色、反應條件溫和的制備方法，水熱碳化合成法是近幾年碳材料合成的新技術，以糖類為主的原料也非常易得。整個合成過程沒有有機溶劑、催化劑和表面活性劑的使用，糖類的溶液在150-200℃的水熱環境中碳化形成碳納米材料。其表面的親水性也為它帶來了易改性的優勢，親水性較強的有機基團如磺酸基可以在其表面進行接枝改性。但是水熱合成的碳材料比表面積和孔容量都比較低，在油性的環境中會大大降低其催化效果。因此，將磺酸基改性后的水熱納米碳質材料分散固定到無機多孔材料上以提高其比表面積是今年來報道的一種新的合成方法。

針對上述的問題，我們發明了一種磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料，其生產過程簡單，酸催化活性高，且便于回收再利用。

發明內容

本發明目的在于提供一種磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料及其制備方法。該制備方法過程溫和，反應條件簡單易控制，制備材料具有酸性強、比表面積大、可循環利用的特點。

本發明磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料，其特征在于富含磺酸基納米碳質微球/蒙脫石插層復合結構，以天然層狀蒙脫石為主體，磺酸基納米碳質微球為插層客體，其中蒙脫石主體質量百分含量為50～60％，碳質外殼質量百分含量為40～50％，兩者之和為100％。

上述磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料的制備方法，按照下述步驟進行：

(1)向50g固含量為2～5％的蒙脫石懸浮液濃度中加入0.5～1.5g的含氮糖，在40℃的恒溫條件下攪拌1小時，用稀鹽酸調節懸浮液的pH值為4～5。持續攪拌2h以上。(2)加入1～3g碳化前驅體，0.1～1.0g羥乙基磺酸和20去離子水ml，攪拌30min后將上述混合液轉移到帶聚四氟乙烯內襯的100mL不銹鋼高壓反應釜中，密封后將反應釜放入干燥箱于180℃恒溫4～12h，冷卻，過濾烘干得到磺酸基功能納米碳插層粘土催化材料。

其中步驟(1)中所述的含氮糖為殼聚糖和N-乙酰氨基葡萄糖的一種或者兩者的混合物。

其中步驟(2)中所述的碳化前驅體為葡萄糖，糠醛，果糖，蔗糖和纖維素中一種或多種組成。

其中步驟(2)中所述的碳化前驅體與羥乙基磺酸的質量比為3:1～10:1。