[發明專利]一種木質素衍生碳基固體酸催化劑的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110537528.2
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113333001A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 胡勛;邵月文;孫愷;高國明;董欣怡;王俊哲;孫藝凡;李慶銀;張麗君
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01J27/02
• 分類號: B01J27/02;B01J21/18;B01J35/10;B01J37/10;B01J37/12;C07C67/00;C07C69/716;C07D307/46
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本發明提供了一種木質素衍生碳基固體酸催化劑的制備方法及其應用，包括：（1）通過使用木質素以及生物油在水熱條件下制備得到碳材料；（2）進一步對碳材料進行氧化得到對應的碳基固體酸催化劑。本發明選擇含有磺酸鹽的木質素和生物質衍生生物油通過碳化得到碳材料；進一步通過氧化改變碳材料表面的極性，同時，在氧化過程中磺酸鹽通過質子交換的方式轉化為磺酸基，從而得到的碳材料具備豐富的磺酸基官能團以及含氧官能團，有效地提高催化劑的催化活性。同時，該催化劑在果糖的水解以及糠醇的醇解反應中表現出優異的催化性能以及循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種木質素衍生碳基固體酸催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

隨著化石燃料等不可再生資源的日益枯竭以及環境問題的加劇，生物質作為重要的綠色可持續發展的資源受到了極大的關注。生物質可以生物質水解的方式轉化為液體燃料以及多用途平臺化合物等，其中平臺化合物包括5-羥甲基糠醛以及乙酰丙酸等。

生物質的水解需要酸催化劑的參與，液體酸催化劑的使用造成了環境污染，以及回收利用困難等問題。因此，固體酸催化劑的開發和使用，可以有效地促進生物質的轉化利用。固體酸催化劑包含磺酸樹脂、沸石、金屬氧化物以及固體超強酸等，在過去得到了有效地利用。然而，這些催化劑存在較高的生產加工成本以及催化劑的制備過程較為復雜等問題，新型環境友好型固體酸催化劑的開發和使用顯得至關重要。

生物質碳基固體酸催化劑，可以由生物質原料作為碳源，進一步通過磺化等方式轉化為固體酸催化劑，這引起了人們的極大關注。木質素，作為重要的生物質組成部分，包括一定量的含硫官能團，可以進一步用作磺酸基的前驅體。因此，選擇生物質原料用于開發固體酸催化劑，可以極大地降低催化劑的生產成本，同時，木質素自身含有豐富的磺酸基官能團，可以有效地提高碳基催化劑中磺酸基的豐度，有利于獲得更高酸密度的固體酸催化劑。

發明內容

本發明提供了一種木質素衍生碳基固體酸催化劑的制備方法及其應用，該方法制備的催化劑活性好，制備過程簡單，穩定性好。

本發明公開了一種木質素衍生碳基固體酸催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）取木質素以及生物油加入水中，在120-250 ℃條件下進行水熱聚合，得到碳材料。

（2）將步驟1中的得到的碳材料進行過濾洗滌，并轉移于60-120 ℃條件下干燥。

（3）將步驟2中的樣品進行氧化，然后進行過濾洗滌后，于60-120 ℃條件下干燥。

（4）將步驟3中的碳材料用磺化劑進行磺化處理，過濾洗滌后，于60-120 ℃條件下干燥后得到碳基固體酸催化劑。

作為優選，步驟（1）中生物油為鋸末等生物質原料裂解產生。

作為優選，步驟（2）中的氧化，采用發煙硝酸、濃硝酸等氧化劑進行處理。

作為優選，步驟（3）中的磺化，采用濃硫酸以及發煙硫酸等作為磺化劑，磺化溫度為60-150 ℃，磺化時間為2-12 h。

本發明另外提供了木質素衍生碳基固體酸催化劑的應用，將其應用于果糖的水解反應以及糠醇的醇解反應，反應的溫度為120-200 ℃，反應時間為1-5 h。

針對現有技術制備得到的生物質碳基固體酸催化劑中低酸量、穩定性差以及催化活性低等問題，本發明通過選擇含有磺酸官能團的木質素以及生物質衍生生物油作為原料，通過后續氧化引入豐富的含氧官能團，有利于后續磺酸基官能團的引入，從而獲得豐富的酸性位點，以表現出優異的催化活性。該技術成本低廉，適合工業化生產，原料來源廣泛且可再生，符合綠色化學的理念。該發明實現了高活性高穩定性碳基固體酸催化劑的制備。

附圖說明

圖1是摘要附圖。

圖2是實施例1-4中得到的碳基催化劑的酸量以及比表面積的結果。