[發明專利]一種木質素-PVC炭基固體酸及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211310648.X
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115518656A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 王偉濤;馬養民;曹曉梅;郭海順;姜旭祿;王歡;鮑婷玉;楊秀芳
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J27/02
• 分類號: B01J27/02;B01J37/08;C07D307/48
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 王霞

本發明公開了一種木質素?PVC炭基固體酸及其制備方法和應用，屬于固體酸催化劑制備技術領域。本發明以生物質廢棄物木質素和白色污染物聚氯乙烯(PVC)為原料，在強堿氫氧化鉀的活化下制備了木質素?PVC炭基多孔材料。以對氨基苯磺酸為磺酸源對木質素?PVC炭基進行磺化處理得到了木質素?PVC固體酸催化劑催化木糖水解制備糠醛多孔炭基固體酸催化劑及制備方法，該方法磺化條件相對溫和，相較于傳統濃硫酸高溫磺化更安全環保，且獲得的固體酸總酸度較高，符合綠色環保可持續發展理念。

技術領域

本發明屬于固體酸催化劑制備技術領域，具體涉及一種木質素-PVC炭基固體酸及其制備方法和應用。

背景技術

糠醛是目前唯一完全依賴生物質提煉獲得的重要化工原料。目前，工業上主要通過均相酸水解法生產糠醛，這種方法催化效率較高，但由于液體酸的使用，導致催化劑無法回收，且對設備腐蝕嚴重。非均相固體酸具有穩定、污染小、收率高、可重復使用等優點，可以解決現有方法不綠色環保，制備得到的固體酸表面酸量低、活性位點易流失、催化活性差等技術問題，使其在工業生產上具有巨大的應用的潛能。因此，開發一種穩定好，活性官能團含量高的炭基固體酸及其重要。木質素是世界上含量最豐富且可再生的生物質，是生物煉油廠的廢物副產品或低價值產品。工業中生物質糖類(木糖、果糖、葡萄糖和半纖維素)轉化制備呋喃化合物的反應中多數為均相的酸催化劑，盡管轉化率高，速率快，但是存在呋喃產物容易聚合使得收率較低；對反應器的耐腐蝕要求高，增加了費用成本；反應中產生的廢酸處理困難，環境污染嚴重。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種木質素-PVC炭基固體酸及其制備方法和應用。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種木質素-PVC炭基固體酸的制備方法，包括以下步驟：

S1：將木質素、PVC和KOH混合后進行碳化處理，得到炭基材料；將炭基材料依次進行超聲處理、洗滌處理和烘干處理，得到預處理后的炭基材料；

S2：將預處理后的炭基材料在油浴條件下經對氨基苯磺酸磺化處理后，再經洗滌、烘干后得到木質素-PVC炭基固體酸。

進一步地，S1中，所述木質素、PVC和KOH的重量比為1.0：1.0：1.0。

進一步地，S1中，所述碳化處理是在N₂氣氛下進行，所述碳化處理的溫度為400～800℃，時間為4h。

進一步地，S1中，所述超聲處理是采用質量濃度為15％～20％的鹽酸進行超聲處理；所述洗滌處理是采用超純水進行洗滌至洗滌液pH值為7～8。

進一步地，S2中，所述磺化處理的步驟為：將預處理后的炭基材料和水混合后水，油浴升溫后加入對氨基苯磺酸，反應30～35min加入NaNO₂，再次進行反應10～12h后取出反應物，用將反應物稀鹽酸、水和甲醇洗滌過濾，在80～85℃下干燥12～24h。

進一步地，所述預處理后的炭基材料、水、對氨基苯磺酸和NaNO₂的用量比為1：(150～200)mL：(4～5)g：6g。

進一步地，S2中，所述油浴的溫度為80～100℃。

本發明還公開了采用上述制備方法制備得到的一種木質素-PVC炭基固體酸。

本發明還公開了上述木質素-PVC炭基固體酸的應用，所述木質素-PVC炭基固體酸作為生物質轉化制備糠醛反應中的催化劑時，包括以下步驟：

將生物質和木質素-PVC炭基固體酸按照(1:1)～(2:1)的質量比加入到耐壓反應管中，并加入有機溶劑，在150～170℃溫度下反應60min，得到糠醛。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：