[發明專利]磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810650664.0
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108855213B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 張玉忠;黃莉蘭;李泓
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J35/06;B01J35/10;C13K1/02
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 高洋;張潔

本發明提出一種磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制備方法及其應用，屬于固體酸催化降解纖維素生物質技術領域，能夠解決二維材料容易聚集沉淀再次形成三維體相材料使其催化效率再次降低、回收工藝復雜、回收效率低等技術問題。該技術方案包括氧化石墨烯的制備、磺化氧化石墨烯的制備、得到磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜等步驟。該磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜可用于纖維素的連續循環催化并表現出了優異的催化性能。同時，避免了粉末催化劑的分散和分離過程，可放大，易操作，為纖維素的規模化再利用提供了有效的方法。

技術領域

本發明屬于固體酸催化降解纖維素生物質技術領域，尤其涉及一種磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制備方法及其應用。

背景技術

目前，由于不可再生資源的快速消耗，以及二氧化碳排放導致的全球變暖，人們必須探索可再生資源來替代化石資源。在各種可再生資源中，木質纖維素生物質因具有廣泛，豐富，多樣和廉價等一系列優良性能，被認為是替代生產燃料和化學品方案的一部分。纖維素有選擇性地轉化為各種高附加值化學品和高質量燃料已經成為能源領域最有吸引力的研究課題之一，然而應當指出的是，環保高效的將纖維素催化降解成葡萄糖是其轉化為生產燃料和化學品的起點和進入點，是整個選擇性轉化鏈的重要一環。

目前催化降解纖維素的方法有酶催化、液體酸催化和固體酸催化等。其中，固體酸催化具有不易腐蝕設備，穩定性好，產物和催化劑易分離等優點被廣泛關注，尤其是近年來發展的碳基固體酸，由于其特殊的碳骨架結構，在引入-SO₃H的同時也會引入-OH、-COOH基等弱酸性基團，使得該種固體酸同時具有纖維素吸附位點和催化位點，大大提高了催化效率。張濤等采用二維材料(如：氧化石墨烯)水解纖維素，二維材料具有獨特的層狀以及柔韌結構，這種獨特的二維結構能夠使更多的催化位點暴露，增加了功能基團和纖維素之間的接觸機率，從而使其相比于三維固體酸具有更好的催化效果。

但是，二維材料容易聚集沉淀再次形成三維體相材料使其催化效率再次降低。另外，以二維材料作為催化劑，其再生回收工藝復雜、回收效率低、成本高，不易連續循環使用使其催化降解纖維素難以實現產業化。

發明內容

本申請針對上述二維材料容易聚集沉淀再次形成三維體相材料使其催化效率再次降低、回收工藝復雜、回收效率低的技術問題，提出一種磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制備方法及其應用，該膜可實現對纖維素的連續循環催化。

為了達到上述目的，本發明提供了一種磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜的制備方法，包括以下步驟：

將干燥的磺化氧化石墨烯、成孔添加劑加入溶劑中超聲分散，得到磺化氧化石墨烯溶液；

將聚合物加入磺化氧化石墨烯溶液中，充分攪拌，靜置脫泡，得到磺化氧化石墨烯/聚合物溶液；

以磺化氧化石墨烯/聚合物溶液為鑄膜液，采用浸沒沉淀相轉化法，制備得到磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜。

作為優選，所述磺化氧化石墨烯、成孔添加劑、溶劑的質量比為0.24:24:63.76-1.92:24:62.08，所述磺化氧化石墨烯溶液中磺化氧化石墨烯的質量分數為0.273％-2.182％。

作為優選，所述磺化氧化石墨烯與聚合物質量比為2:100-16:100。

作為優選，所述成孔添加劑為聚乙二醇、乙二醇、丙三醇、辛醇、聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一種，所述溶劑為N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一種，所述聚合物為聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜中的至少一種。

作為優選，所述磺化氧化石墨烯由以下方法制備得到：