[发明专利]一种纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物质利用技术领域，并具体公开了一种纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂及其制备方法和应用，催化剂制备过程如下：氯化亚铁和氯化铁以一定的比例在盐酸作用下混合均匀，然后滴加氢氧化钠通过正向沉淀法制备出纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂。将生物质与制得的纳米催化剂以一定的比例混合，在惰性气氛下热解，即可得到高选择性的糠醛产品。本发明中的催化剂制备过程简单、成本廉价、选择性高，可解决现有技术存在的糠醛选择性低、副产物较多的问题，实现了生物质的定向转化及高值化利用。

技术领域

本发明属于生物质利用技术领域，更具体地，涉及一种纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

长久以来以化石资源为原料生产基础化工产品面临着资源短缺的问题，寻找一种清洁可再生的替代新能源成为必然趋势。生物质能是绿色植物通过光合作用转换和储存下来的太阳能，也是唯一一种可再生的碳源，有望成为替代化石能源并解决能源相关问题的重要途径之一。我国生物质资源非常丰富，主要有农作物秸秆、森林废弃物、工业有机废弃物及生活垃圾等。生物质种类多种多样，其组成也多种多样，除灰分之外，木本生物质主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成。其中纤维素一般占原料的40～50wt％，半纤维素占原料的30-40wt％。糠醛可作为有机合成的主要原料，利用我国丰富的生物质资源制备高价值的糠醛产品，对确保我国可持续发展具有最重要意义。

糠醛是生物质快速热解的重要产物之一，大部分是由葡萄糖单分子脱去C-6生成的或纤维素先经过呋喃果糖和5-羟甲基糠醛中间体，然后再脱去一分子甲醛生成糠醛。以糠醛为原料，可以通过氧化、缩合等反应制取众多的衍生物，被广泛应用于合成塑料、医药、农药等工业。以文献报道来看，目前大部分糠醛是由纤维素或半纤维素在酸催化剂(无机氯酸盐、分子筛、过渡金属氧化物、酸性金属氧化物等)下制备，该催化剂体系不仅回收难处理，腐蚀性大，而且催化效率较低，无法高选择性得到糠醛产品。

因此，需要开发一种新型的生物质定向高效转化制备糠醛的催化剂及方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂及其制备方法和应用，其目的在于解决生物质热解制备糠醛中存在的低产能和低选择性的现状，该催化剂以磁性氧化铁颗粒为核，通过共沉淀法将活性基团Na⁺/H⁺均匀分散在被保护的磁性氧化铁颗粒的表面和内部孔道中制得，目的是为了解决生物质热解制备糠醛中存在的低产能和低选择性的现状，解决了现有技术存在的糠醛选择性低、副产物较多的问题，实现了生物质的定向转化及高值化利用，具有制备过程简单、成本廉价、选择性高等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂制备方法，其包括如下步骤：

S1称取所需质量的FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O，放入去离子水中搅拌均匀形成澄清溶液，加入盐酸并搅拌；

S2在搅拌器搅拌下逐步滴入NaOH溶液以产生红黑色沉淀，直至溶液PH为2-6时结束滴加，继续保持恒速搅拌，随后静置一段时间降至室温；

S3离心回收反应产物并用去离子水洗涤多次后收集，然后在烘箱中烘干得到纳米Na/Fe复合型固体酸催化剂。

作为进一步优选的，步骤S1中FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O按Fe³⁺:Fe²⁺的摩尔份数比为2:1配制，去离子水用量为200～400ml；盐酸浓度为12mol/L，盐酸的加入量按Fe³⁺:H⁺的摩尔份数比为1.5:2确定。