[發(fā)明專利]一種巨菌草多孔炭基固體催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811481566.5
• 申請(qǐng)日: 2018-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN109603905B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳艷巧;陳偉;賴春梅;鐘柔潮;程賢甦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/02
• 分類號(hào): B01J31/02;B01J35/10;C13K1/02
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明提供一種巨菌草多孔炭基固體催化劑及其制備方法，屬于固體催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的巨菌草多孔炭基固體催化劑的制備方法為在常壓下將巨菌草熱解得到預(yù)炭化產(chǎn)物；用5?磺基水楊酸活化預(yù)炭化產(chǎn)物得到活化前驅(qū)體，通過絕氧熱解工藝制得巨菌草基多孔炭載體，最后采用2,5?二氨基?1,4?苯二磺酸重氮鹽作為磺化劑制備巨菌草多孔炭基固體催化劑。所制備的催化劑可用于纖維素的水解反應(yīng)，還原糖產(chǎn)率較高。本發(fā)明制備方法簡便易行、催化活性高、熱穩(wěn)定性好，且主要原料可再生、成本低、環(huán)境友好。該方法為固體催化劑的制備提供了新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種巨菌草多孔炭基固體催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

纖維素水解是生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化利用中最為關(guān)鍵的一步，如在轉(zhuǎn)化為生物乙醇或者其他化學(xué)品時(shí)，首先要將其水解成葡萄糖。傳統(tǒng)的纖維素水解方法主要有酸水解、酶解、超臨界水解等，但這些方法分別存在對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、成本較高、反應(yīng)條件苛刻等弊端。因此，開發(fā)一種綠色、高效、易分離的非均相固體催化劑很有必要。從原料來源和環(huán)境來考慮，利用生物質(zhì)不完全炭化制備炭基固體催化劑具有一定的研究價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

作為理想的催化劑載體必須具備比表面積高、孔容量大、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異等特點(diǎn)，而生物質(zhì)多孔炭剛好滿足以上幾點(diǎn)特征：1、熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫；2、化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐酸堿；3、比表面積大，能更有效的負(fù)載磺酸基團(tuán)；4、表面官能團(tuán)豐富，易于與磺酸基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而負(fù)載上磺酸基團(tuán)。近幾年，以葡萄糖、蔗糖、纖維素、玉米芯和淀粉等各種生物質(zhì)作為炭載體制備生物質(zhì)炭基固體催化劑均有報(bào)道，但其表面結(jié)構(gòu)多半為球狀；而作為纖維素含量較高、木質(zhì)素含量較低的巨菌草炭化后在電鏡下呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，具有較高的比表面，因此，它是生物質(zhì)多孔炭的理想原料。

巨菌草屬于單子葉多年生植物，對(duì)溫度和土壤要求不高，適應(yīng)能力強(qiáng)，植株高大，生物量大，一年可以長高5-7m，最高產(chǎn)量達(dá)300t/m²，為已知人工種植植物的最高產(chǎn)量。若以巨菌草為原料，研發(fā)出具有優(yōu)異性能、高附加值的衍生物，可進(jìn)一步擴(kuò)大巨菌草的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。目前，巨菌草在生物質(zhì)發(fā)電、纖維板、生物乙醇等領(lǐng)域已有應(yīng)用，而在催化劑載體方面鮮有報(bào)道。本發(fā)明以來源豐富且可再生的巨菌草為原料，將其熱解炭化為多孔炭載體，接著用2,5-二氨基對(duì)苯二磺酸重氮鹽磺化制備生物質(zhì)多孔炭基固體催化劑，并應(yīng)用于纖維素的水解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種巨菌草多孔炭基固體催化劑及其制備方法，解決產(chǎn)物與催化劑分離難度大、回收能力差以及催化效率低的問題。所使用的活化劑為5-磺基水楊酸，不僅可以提高催化劑酸量，而且還可以通過調(diào)整工藝參數(shù)來有效控制孔徑大小；所制得的巨菌草多孔炭基固體催化劑具有催化活性高、熱穩(wěn)定性好、易回收利用等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種巨菌草多孔炭基固體催化劑及其制備方法，包括以下步驟：

（1）預(yù)炭化產(chǎn)物的制備：將巨菌草原料置于通入N₂的管式爐中，300 ℃隔絕氧加熱，加熱速率為3~10 ℃ min^-1，在常壓下熱解1~3 h后降至室溫，得到預(yù)炭化產(chǎn)物；

（2）活化前驅(qū)體的制備：將獲得的預(yù)炭化產(chǎn)物與活化劑進(jìn)行以質(zhì)量比1:5~5:1混合，加入適量去離子水，攪拌2 h，該溶液在60 ℃下干燥至恒重，得到活化前驅(qū)體；

（3）巨菌草基多孔炭載體的制備：將活化前驅(qū)體置于通入N₂的管式爐中，升溫至400~550 ℃隔絕氧加熱，加熱速率為3~10 ℃ min^-1，在常壓下充分熱解3~6 h后降至室溫，獲得的黑色固體粉末經(jīng)過去離子水洗滌，在60 ℃下干燥至恒重，得到巨菌草基多孔炭載體。