[發明專利]一種疏水改性固體酸催化劑在醋酸纖維素乙酰化反應中的應用

有效

• 申請號: 202210610750.5
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114832837B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 李力成;索娜;佘潔;吳臻煜;馬娜;李倩倩;李小保
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B01J27/053
• 分類號: B01J27/053;B01J31/02;B01J29/40;B01J31/06;B01J31/10;C08B3/06
• 代理公司: 蘇州京昀知識產權代理事務所(普通合伙) 32570
• 代理人: 段曉玲

本發明涉及一種固體酸催化劑在醋酸纖維素乙?；磻械膽?，固體酸催化劑包括固體酸和改性基團；改性基團至少具有C1?C20的碳鏈且所述固態酸催化劑的對水接觸角120°θ150°，采用本發明的方案克服了現有技術中，由于固體酸與纖維素的界面結合力差導致纖維素乙酰化轉化率、反應收率不高的問題。

技術領域

本發明涉及醋酸纖維素乙?；磻夹g領域，具體涉及一種固體酸催化劑的在醋酸纖維素合成中的應用。

背景技術

醋酸纖維素應用廣泛，是一個極具國際競爭價值的大宗產品。目前醋酸纖維素的生產主要以濃硫酸為催化劑，該法由于硫酸與反應體系無法分離，過程中需要耗費大量的水資源，存在產污量大和能耗高等問題，亟需開展技術革新。針對這一問題，各界普遍寄希望用固體超強酸來替代液體硫酸，固體超強酸與產物體系可以有效分離、循環回收，進而減少廢水產生、簡化生產工藝。

截止目前，硫酸促進型金屬氧化物、介孔炭基固體磺酸、酸性樹脂等多種固體超強酸被報道具有催化合成醋酸纖維素性能，但反應體系普遍存在反應速率低的問題，具體表現為固體超強酸用量大、反應時間長，這嚴重制約了固體超強酸催化合成醋酸纖維素技術的進一步發展。為此，技術人員開展了大量的研究，發展了固體超強酸材料的制備優化、增加酸量、納米化固體超強酸材料、擴大固體超強酸孔道尺寸、改變固體超強酸的酸性位分布等眾多改善固體超強酸反應性能的措施。截止目前，相關研究仍處于實驗階段，尚未得到工業化應用。

從眾多經典的非均相反應如Pickering界面催化、氣-液相加氫、光解水等可知，若反應物與產物間的性質存在顯著差異，需要關注各個反應物與催化劑表面的相互作用對反應造成的影響。在纖維素乙?；磻^程中，纖維素分子鏈為親水性；隨著反應進行，生成的醋酸纖維素分子鏈由于羥基被乙酰基取代，其表現得越發疏水，當取代度達到1.8時，醋酸纖維素可表現明顯的疏水性質。然而，如硫酸促進型金屬氧化物等大部分反應能力強的固體超強酸其表面為強親水性。通過相互作用分析可知，固體超強酸材料與低取代醋酸纖維素分子間極性相差較大的表面性質關系導致兩者相互作用弱，進而使得低取代度的醋酸纖維素分子鏈難以在固體超強酸表面繼續發生反應。

發明內容

本發明的目的是提供一種固體酸催化劑在醋酸纖維素乙?；磻械膽?，所述固體酸催化劑包括固體酸和改性基團；所述改性基團至少具有C1-C20的碳鏈且所述固態酸催化劑的對水接觸角120°θ150°。

所述纖維素乙酰化反應包括將纖維素與乙酰化試劑混合反應的步驟。

技術效果

一般而言，對于醋酸纖維素的固體酸催化反應而言，由于作為原料的醋酸纖維素分子鏈長度較大，這使得經過疏水改性的固體酸催化劑的改性劑分子鏈之間的間距遠小于醋酸纖維素的長度，這一般認為會導致空間位阻效應，妨礙醋酸纖維素在固體酸催化劑表面的吸附，導致催化反應效率低、所得的醋酸纖維素取代度低、收率差。

但通過合理的疏水化改性，調整了固體酸催化劑與纖維素乙酰化反應的中間體之間的親和性，使得纖維素乙酰化反應的效率大大提高，尤其對于特定結構的硫酸促進型固體超強酸，這種效果更為明顯。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案及優點更加清晰，下面結合本發明實施例，對本發明的技術方案進行更具體的說明。當然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不應理解為對本發明保護范圍的限定。

本發明的目的是提供一種固體酸催化劑在醋酸纖維素乙?；磻械膽?，所述固體酸催化劑包括固體酸和改性基團；所述改性基團至少具有C1-C20的碳鏈且所述固態酸催化劑的對水接觸角120°θ150°。

如果疏水性太強，接觸角過大，過量的改性基團會覆蓋活性位，且疏水性過強，使得固體酸催化劑與纖維素的親和力過弱，使得反應初期的反應阻力過大；