[發明專利]一種復合碳基固體酸催化劑的制備方法及其在木質纖維素液化中的應用

有效

• 申請號: 201911243796.2
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111097448B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 陳新德;彭芬;郭海軍;李清林;張海榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: B01J27/02
• 分類號: B01J27/02;B01J35/10;B01J37/00;B01J37/04;B01J37/08;C10L1/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 方燕;莫瑤江

本發明公開了一種復合碳基固體酸催化劑的制備方法及其在木質纖維素液化中的應用。一種復合碳基固體酸催化劑的制備方法，包括如下步驟：在預處理后的生物質水解殘渣中邊攪拌邊滴加活化劑進行活化反應，活化反應后立即加入冷水結束反應，經后處理后得到生物質炭；將所述的生物質炭和凹凸棒石加入反應容器中混合均勻得到反應原料，生物質炭與凹凸棒石的質量比為(1～3):1，再向所述的反應原料中滴加磺化劑進行磺化反應，磺化反應后立即加入冷水結束反應，經后處理后得到復合型碳基固體酸催化劑。本發明提供的復合型碳基固體酸催化劑的制備方法和所用設備簡單，原料資源豐富，廉價易得；液化反應工藝簡單，對環境無污染，容易進行工業放大。

技術領域

本發明涉及碳基固體酸催化劑技術領域，具體涉及一種復合碳基固體酸催化劑的制備方法及其在木質纖維素液化中的應用。

背景技術

生物質是地球上唯一的一種可直接轉化為氣相、液相和固相能源的可再生資源。生物質資源豐富易得，我國每年可利用的生物質能源大約為9.5億噸，如將其實現產業化應用，可有效地替代化石燃料的使用。目前，絕大多數的燃料與化學品主要從煤炭、石油等資源中獲得，隨著經濟不斷發展，這類不可再生資源的不斷消耗，人類社會將面臨前所未有的資源與能源危機。生物質是一種可再生資源，具有數量巨大、價格低廉、可實現碳循環等優點。此外，生物質是唯一具有碳固定功能的可再生資源，而碳固定對于液態烴燃料和其它化工產品的生產是十分重要的。農林廢棄物是我國生物質資源的主體，對廢棄生物質科學合理的資源化利用關系到我國的生態環境和可持續發展。在眾多生物質資源化利用途徑中，以醇為溶劑的液化途徑由于無廢水、轉化率高等優點日益受到人們的關注。

液體酸是生物質木質纖維素水解和液化中最常用的催化劑，酸催化過程中，酸的毒性大、對設備腐蝕性大，對環境產生污染，后處理工序繁雜，產品需要中和、水洗等多重工序，反應后催化劑不容易回收等。碳基固體酸為催化劑，既可以克服用無機酸作催化劑時易污染環境、腐蝕設備、操作危險等諸多問題，又符合綠色化學環境友好的要求，對于利用生物質資源合成生物基多元醇具有重要意義，目前將碳基固體酸催化劑應用到木質纖維素液化制備生物基多元醇中的研究尚未見報道，大多碳基固體酸催化劑應用于木質纖維素的水解、酯化、醚化、解聚等（CN201810387418-一種碳基固體酸催化劑及其在木質纖維素解聚中的應用；CN201410720467-一種疏水改性的磁性碳質固體酸催化劑的制備方法及其應用）。

傳統的固體酸催化劑熱穩定性差，比表面積小，酸負載量少，催化效率低；為了提高固體酸催化劑的催化活性，利用大孔材料先進行磺化處理得到固體酸，再將其高溫炭化得到碳基固體酸，或利用模板劑等制備介孔碳，得到的固體酸催化性能強，穩定性好，但大孔材料或介孔碳的制備具有合成時間長、耗能高、價格貴等缺點（CN109289871A-一種具有分級孔道的生物質碳基固體超強酸的制備方法；CN105597789A-一種介孔碳基固體酸的制法及其制得的介孔碳基固體酸和用途；ZL201310742782.1-一種介孔碳基固體酸催化劑的制備方法及其應用）。亟待提出一種固體酸催化劑來解決現有的固體酸催化劑存在的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種復合碳基固體酸催化劑的制備方法及其在木質纖維素液化中的應用，本發明利用生物質水解殘渣為碳源，第一步活化炭化后與納米級凹凸棒石復配制得復合型碳基固體酸，在密閉反應釜中進行液化反應。本發明采用的原料及復配時用到的凹凸棒石，資源豐富，廉價易得，大大降低了碳基固體酸的成本，利用現有的納米材料為原料，簡化了工藝過程，所得的復合型碳基固體酸能有效催化木質纖維素液化制備生物基多元醇。