[发明专利]一种膨胀石墨碳基固体酸催化剂的制备方法

说明书

本发明具体提供了一种固体酸催化剂的制备方法，该方法以膨胀石墨为原料，将其均匀分散于硫酸水溶液，然后于高温下进行水热反应进行酸化处理，抽滤、洗涤和干燥后得到固体酸催化剂，制备的固体酸催化剂催化糠醇具有较高的乙酰丙酸乙酯产率。本发明提供的这种制备方法原料廉价易得，合成方法简单，对于碳基固体酸催化剂的制备提供了一种新思路。并且分析测试结果表明制备的固体酸催化剂的性能较好，应用前景广阔，有商业价值。

技术领域

本发明涉及一种固体酸催化剂的制备方法，尤其涉及一种用于糠醇的酸催化转化的催化剂的制备方法，属于催化剂制备领域。

背景技术

酸在生物质的转化反应中是一种非常重要的催化剂，且催化效果明显。目前工业应用中常用到的是液体酸催化剂，如硫酸、盐酸等，但液体酸催化剂作为均相酸，存在与反应物、产物的分离困难、难以回收利用等问题，并且反应后的废液的处理也是一大难题，对环境造成了很大的污染。

固体酸催化剂的可实现有效分离、可再次回收利用的优点，使得其引起了学术界与工业界的广泛关注，目前固体酸催化剂主要包括H3PW12O40、磷钼酸等杂多酸，A70、A15等阳离子交换树脂类，ZSM-5沸石、X沸石等沸石分子筛类固体酸以及碳基固体酸催化剂，而碳基催化剂由于其原料来源广泛、制备简单，成为研究的热点。

本发明所制备的催化剂采用的碳载体为膨胀石墨，膨胀石墨是一种新型功能性碳素材料，具有体积大、柔软、压缩回弹性等特性，将膨胀石墨作为载体用于固体酸催化剂的制备，为碳基催化剂制备的载体的选择提供了一种新的方法。

发明内容

本发明的目的是制备一种新型的碳基固体酸催化剂，并将其应用于糠醇的酸催化转化反应中，为此，本发明提供了一种固体酸催化剂的制备方法，该催化剂的制备方法较为简单，如图1所示，包括以下步骤：

（1）混合：将膨胀石墨与不同浓度的硫酸溶液（0、2.5、5、7.5、10、12.5、15 mol/L）混合均匀，并在室温下搅拌1~2 h；

（2）水热反应：将膨胀石墨与硫酸的混合物转移至水热釜中，并在150~250℃下反应10h；

（3）洗涤：用抽滤装置将反应后得到的催化剂用去离子水进行洗涤，洗至中性；

（4）烘干：将洗后的固体在烘箱中烘干，烘箱温度为80~100℃，烘干时间为8~12 h，得到固体酸催化剂；

固体酸催化性能评价：将0.04 g的固体酸催化剂加入糠醇质量分数为1.0 wt.%的乙醇溶液，反应在赫尔釜中进行，反应温度为150℃，N₂压力为4.0 MPa，利用GC-MS进行液体产物分析和产率的计算。

通过实验结果表明：最佳水热温度为200℃，最佳水热时间为10 h，硫酸溶液的最佳浓度为5 mol/L。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供了一种以膨胀石墨为原料、水热法制备碳基固体酸催化剂的新方法，该制备方法简单、易于工业化生产，且原材料廉价低廉易于获取；

（2）本发明所制备的碳基固体酸催化剂具有良好的乙醇酸催化转化性能。

附图说明

图1是膨胀石墨碳基固体算催化剂的制备工艺流程图。

图2是本发明制得碳基固体酸催化剂的糠醇酸催化活性。

图3是实施例2制得固体酸催化剂催化糠醇转化反应后液体的气相色谱图。

具体实施方式

空白例