[发明专利]一种离子液体功能化的炭基固体酸催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种离子液体功能化的炭基固体酸催化剂、制备方法及其应用，本发明以微晶纤维为原料，经过炭化和浓硫酸磺化后将‑OH、‑COOH、‑SO₃H成功引入到了炭前躯体上；然后合成了一种既含有氨基又含有氯离子的离子液体，并将该离子液体接枝到炭基前驱体的表面，达到了在无毒性物质、易于操作的条件下引入氯离子的目的。通过离子液体功能化后所得到催化剂的催化效率明显提高，其对于纤维素的吸附能力强、纤维素水解的转化率高，在绿色制备的条件下，有效提高了催化纤维素水解的效率。具有很好的推广应用前景。

技术领域

本发明属于固体酸催化剂及催化技术领域，具体涉及一种离子液体功能化的炭基固体酸催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

纤维素作为一种可再生资源广泛地存在于自然界中。纤维素是由葡萄糖单元通过β- 1，4- 糖苷键连接而成的线性天然聚多糖大分子化合物，是木质纤维素中最基本、最主要的组成部分。根据其结构特征，纤维素在一定条件下能够水解转化成葡萄糖，并以此为基点通过异构化、脱水、加氢、氢解等不同反应生成多种重要能源物质和基础平台化合物，不仅可有效缓解能源危机，实现纤维素生命周期内的 CO₂ “零排放”，具有良好的环境效益。木质纤维素的利用可以避免开与用于食品生产的纤维素之间的竞争。因此木质纤维素的合理利用成为近年来的研究热点，同时对于木质纤维素的水解研究也得到了快速的发展。在木质纤维素水解过程中，常用的催化剂有液体酸催化剂、酶催化剂以及固体酸催化剂。其中与液体酸催化剂和酶催化剂相比，固体酸催化剂具有性质稳定、易于重复利用、污染小等优点，因此，固体酸催化剂在木质纤维素水解中的催化作用得到了广泛深入的研究。

其中，以碳水化合物为原料所制备的炭基固体酸催化剂已经得到了广泛的研究，用于制备炭基固体酸催化剂的原料也由以前的萘、糖类（葡萄糖，蔗糖等）发展到现在的天然生物质（淀粉、纤维素、甘蔗、水稻秸秆等）。上述研究得到的炭基固体酸催化剂均是由聚合芳香碳层组成的无定型碳结构并且表面连接有-SO₃H、-OH 和 -COOH 基团，即进行了磺化的炭基固体酸催化剂，磺化的固体酸催化剂相对具有较高的活性和选择性，具有较高的比表面积和优异的水热稳定性，且能够在没有太大损失的情况下被反复使用。但是，由于固体酸催化剂在纤维素的水解过程中，其催化纤维素水解属于非均相反应，传质效果不佳，因此最终的催化效果不满意。

为了进一步提升固体酸催化剂的催化性能，保证催化剂与纤维素的充分接触逐渐成为固体酸催化剂的研究热点。公开号为的201310685390.6的专利为文件，制备了一种含有-SO₃H、-OH 、- COOH 以及-Cl基团的炭基固体酸催化剂，以增加固体酸催化剂的催化活性，但是其在制备方法复杂、操作难以控制，且采用的含氯有机物均为有毒物质，在原料运输及固体酸催化剂制备过程中均会对工作人员及环境造成严重的影响，且制备后得到较多的有毒残留，增加了后处理难度，对环境具有较大的影响，不符合目前绿色化学的生产要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术中的炭基固体酸催化剂对于木质纤维素的催化效果不满意，通过增加吸附基团增加新型炭基固体酸催化剂的制备方法复杂、且不符合环境友好的要求。新型炭基固体酸催化剂的制备原料过于单一。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种离子液体功能化的炭基固体酸催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）含氯离子液体的合成：

采用二乙烯三胺（DETA）与盐酸首先在冰水浴条件下反应，然后在室温条件下反应，反应完成后通过旋蒸、干燥，即得到同时含有氨基和氯离子的离子液体[DETA][Cl]；

（2）炭前驱体的制备：