[发明专利]用于生物质提质的温度响应固体催化剂的制备方法

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于生物质提质的温度响应固体催化剂的制备方法。将氨基葡萄糖盐酸盐和二氧化硅混合后溶于水中，加热搅拌蒸干，得到固体颗粒；将固体颗粒研磨后，在氮气氛围内进行焙烧，得到黑色固体粉末；将黑色固体粉末浸泡于氟化氢溶液中，然后过滤，干燥后得到介孔碳氮材料；将制备的介孔碳氮材料浸泡于酸性溶液中，过滤，干燥后得到用于生物质提质的温度响应固体催化剂。本发明利用介孔碳氮材料具有一定的碱性，在低温中可以化学吸附酸，在高温的时候可以释放出酸催化纤维素水解，当反应结束后，碳氮材料又可以将酸进行回收，最终将生物质原料转化为高附加值的能源化工产品。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种用于生物质提质的温度响应固体催化剂的制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中来源最丰富的可再生非食用碳水化合物，利用纤维素定向转化制取化学品具有重要意义。然而，天然纤维素具有稳定的晶型结构和强的分子间氢键作用，这使得溶解降解纤维素制取化学品变得非常困难。目前，纤维素转化利用的方法主要有生物酶法、热化学法和化学转化法。生物酶法效率低、成本高、酶的回收利用困难；热化学法反应温度高、选择性差、产物复杂，因而化学转化纤维素制化学品受到了越来越多的关注。

纤维素水解是在Bronsted酸催化下打断纤维素中的1，4-糖苷键，制取寡聚糖或葡萄糖的过程。纤维素水解的催化剂分为两种，一种是均相催化剂，另一种是非均相催化剂。均相催化剂如盐酸、硫酸、杂多酸、离子液体等，均相催化剂因具有使用方便、转化效率高等特点被广泛使用，但是存在设备腐蚀和酸回收等诸多问题，限制了其在纤维素水解中的进一步应用。非均相催化剂如磺化碳、H型分子筛等。非均相催化因具有产物易分离、催化剂可重复利用、腐蚀小、环境污染小等独特优势，近年来受到了越来越多研究者关注。但由于纤维素和催化剂间为固-固相接触，通常需要高的催化剂/底物比、较高的反应温度和较长的反应时间。因此，纤维素分子与催化剂之间的有效接触成为高效催化水解的关键。

中国专利CN105080608A提出一种用于催化纤维素水解制备葡萄糖的多酸催化剂，根据Dawson结构的多酸具有高的质子含量，将多酸化合物、表面活性剂按摩尔比混合后得到沉淀物再经过马弗炉焙烧制得催化剂。

中国专利CN102532206A提出一种利用固体磷酸催化热解纤维素制备左旋葡萄糖酮的方法。以固体磷酸为催化剂，通过和纤维素机械混合，在无氧条件下于280～450℃进行快速热解，对热解气进行冷凝后即可得到富含左旋葡萄糖酮的液体产物，该专利通过测定，左旋葡聚糖的产率为20％左右。

上述专利均为非均相催化剂，纤维素和催化剂间均为固-固相接触，固-固反应仍然存在传质的问题。

目前，亟需提供一种催化剂可重复利用、腐蚀小、环境污染小的固体催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物质提质的温度响应固体催化剂的制备方法，科学合理，简单易行，制备的用于生物质提质的温度响应固体催化剂可以低温吸附酸并且高温释放酸，既能高效定向催化纤维素，又能实现催化剂重复利用。

本发明所述的用于生物质提质的温度响应固体催化剂的制备方法，步骤如下：

(1)将氨基葡萄糖盐酸盐和二氧化硅混合后溶于水中，加热搅拌蒸干，得到固体颗粒；

(2)将固体颗粒研磨后，在氮气氛围内进行焙烧，得到黑色固体粉末；

(3)将黑色固体粉末浸泡于氟化氢溶液中除去二氧化硅，然后过滤，清洗，干燥后得到介孔碳氮材料；

(4)将制备的介孔碳氮材料浸泡于酸性溶液中，过滤，清洗，干燥后得到用于生物质提质的温度响应固体催化剂。

步骤(1)中所述的氨基葡萄糖盐酸盐和二氧化硅的质量比为1：0.5-12，优选的质量比为1：1。

步骤(1)中所述的加热温度为75-90℃。