[发明专利]杂多酸催化剂及其制备方法、催化水解生物质的方法

说明书

本发明涉及固体酸催化剂以及废弃生物质资源化利用技术领域，特别涉及杂多酸催化剂及其制备方法、以及利用杂多酸催化剂催化水解生物质的方法。该杂多酸催化剂的结构通式为[(CH₃)₃N(CH₂)₂OH]_nH_5‑nCeW₁₂O₄₀，0n≤5，制备方法包括以下步骤：向氯化铈水溶液中加入酸化的钨酸钠水溶液，加热回流后，得到滤液，滤液至少包含有铈钨化合物；向滤液中加入第一酸剂，加热回流，使铈钨化合物酸化；向酸化后的铈钨化合物中加入第二酸剂，再用乙醚萃取、将萃取液蒸干得到铈钨酸；将铈钨酸溶于水，加入氯化胆碱水溶液进行反应，得到杂多酸催化剂。该催化剂兼具均相催化剂与非均相催化剂的优点。

技术领域

本发明涉及固体酸催化剂以及废弃生物质资源化利用技术领域，特别涉及一种杂多酸催化剂及其制备方法、以及利用杂多酸催化剂催化水解生物质的方法。

背景技术

生物质能，是绿色植物通过光合作用形成并贮存在其内部的化学能，其具有绿色、可再生等特点，可通过不同途径转化为燃气、电力以及各种固、液、气燃料而替代目前广泛使用的化石能源。鉴于直接利用天然生物质作为能源品位较低，不能满足可持续发展对高品质清洁能源的要求，故需要通过催化水解等技术手段将天然生物质转化为具有高附加值的有机小分子平台化合物，再利用这些有机小分子平台化合物进一步合成各种工业能源化学品。

用于生物质催化水解的催化剂包括无机酸、酶催化剂和固体酸催化剂等，无机酸对于设备要求高、且存在产物分离困难和废液污染环境等问题，酶催化剂存在酶的使用成本高、反应时间长、产生废水需要处理等问题。固体酸催化剂的类型较多，其中多酸作为强酸(布朗斯特酸)，具有很好的酸催化和氧化活性，因此在纤维素的转化中得到广泛关注和应用。但是多酸通常可溶于极性溶剂，将其用于纤维素水解时也会存在产物分离提纯困难和催化剂回收不易的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种杂多酸催化剂及其制备方法、以及利用杂多酸催化剂催化水解生物质的方法，以解决现有多酸催化剂应用于生物质催化水解时存在产物难分离提纯、催化剂难回收等问题。

第一个方面，本发明提供一种杂多酸催化剂，所述杂多酸催化剂的结构通式为：[(CH₃)₃N(CH₂)₂OH]_nH_5-nCeW₁₂O₄₀，0n≤5。

其中，0≤n5包括该数值范围内任一点值，例如n为1、2、3、4或5。

第二个方面，本发明提供一种上述杂多酸催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

合成铈钨化合物：向氯化铈水溶液中加入酸化的钨酸钠水溶液，加热回流后，得到滤液，所述滤液至少包含有所述铈钨化合物；

酸化铈钨化合物：向所述滤液中加入第一酸剂，加热回流，使所述铈钨化合物酸化；

萃取铈钨酸：向酸化后的所述铈钨化合物中加入第二酸剂，再用乙醚萃取，将萃取液蒸干得到所述铈钨酸；

合成杂多酸催化剂：将所述铈钨酸溶于水，加入氯化胆碱水溶液进行反应，得到所述杂多酸催化剂。

进一步地，在所述杂多酸催化剂的制备方法中，还包括在所述合成铈钨化合物的步骤之前，进行配制酸化的钨酸钠水溶液的步骤：将二水合钨酸钠溶于水形成所述钨酸钠水溶液，缓慢滴加第三酸剂调节pH至中性，加热至沸腾得到酸化的所述钨酸钠水溶液；所述第一酸剂为浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸；所述第二酸剂为浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸；所述第三酸剂为浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸。

进一步地，在所述配制酸化的钨酸钠水溶液的步骤中，钨酸钠占所述钨酸钠水溶液的质量百分比为5-30wt％，所述第三酸剂为浓盐酸。