[发明专利]一种钙钛矿基质固体酸催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种钙钛矿基质固体酸催化剂及其制备方法和应用，该钙钛矿基质固体酸催化剂由钛酸钙经浓度为0.1‑0.5mol/l的硝酸溶液酸洗得到，或由锰酸锶经浓度为0.02‑0.3mol/l的硝酸溶液酸洗得到，或由铁酸镧经浓度为0.02‑0.2mol/l的醋酸溶液酸洗得到。本发明的钙钛矿基质固体酸催化剂以钙钛矿型化合物为基质，采用低浓度酸对其酸洗制得，所得的钙钛矿基质固体酸催化剂具有良好的稳定性，且对反应器腐蚀较小，将其用于纤维素水解时，反应难度大大降低，在50℃的反应温度下，纤维素即可得到水解，纤维素的转化率可达32.4％，而且可通过抽滤分离的方法将其与产物容易分离，进而实现其回收利用。

技术领域

本发明涉及生物质转化再利用技术领域，特别涉及一种钙钛矿基质固体酸催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

到目前为止，人们已经开发出了各种形式的能源系统作为石化资源的替代物，如太阳能、风能、生物质能、核能、水电以及地热能等。在这些不同来源的能量中，生物质是目前地球上唯一的可再生有机碳源，是可以生产能源以及化学品的最佳原料替代物。

生物质是地球上的绿色植物通过光合作用固定下来的碳水化合物的总称，如草、树木、农作物秸秆以及其他农业废弃物等。第一代生物燃料是通过糖或者淀粉发酵得到的乙醇和由植物油生产的生物柴油，然而这些燃料的生产要和人类争夺宝贵的粮食资源，同时，这些原料的生产还受到有限的土地资源的限制。第二代生物燃料的研究主要集中在木质纤维素的应用上，木质纤维素主要来源于粮食作物的非可食部分以及其他植物，因此，不会和人类争夺粮食资源，并且很多能源植物可以在贫瘠的土地上生长。

每年地球上的绿色植物都会合成大约2200亿吨的干物质，这里面有70％～95％的木质纤维素。木质纤维素主要是由纤维素(40％～50％)、半纤维素(25％～30％)和木质素(18％～28％)3种物质组成的(各个组分含量在不同来源生物质中有所差异)。在这些生物聚合物当中，纤维素是最有价值的，纤维素解聚后可以得到葡萄糖，然后通过发酵就可以得到乙醇，或者通过脱水形成5-羟甲基糠醛(HMF)等平台分子。

目前，最常用的纤维素水解方法是通过纤维素酶水解，迄今为止，纤维素酶在商用上已超过30年。虽然纤维素酶的降解机制尚未完全明确，但纤维素酶已在各个行业广泛应用并被认可。但是由于生产加工工艺和生产效率等多方面的问题，这个方法效率比较低而且成本很高。利用矿物质酸水解纤维素转化葡萄糖的研究也很多，其中对于硫酸的研究是最多的。但是大规模的利用酸水解纤维素存在很多问题，如设备腐蚀、催化剂难以回收以及会产生大量的废水等。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钙钛矿基质固体酸催化剂，以解决现有水解纤维素的矿物质酸易设备腐蚀、难以回收且易产生大量废水的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钙钛矿基质固体酸催化剂，所述钙钛矿基质固体酸催化剂由钛酸钙经浓度为0.1-0.5mol/l的硝酸溶液酸洗得到，或由锰酸锶经浓度为0.02-0.3mol/l的硝酸溶液酸洗得到，或由铁酸镧经浓度为0.02-0.2mol/l的醋酸溶液酸洗得到。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述钙钛矿基质固体酸催化剂的方法，该制备方法，包括以下步骤：

1)采用机械力球磨工艺，将氧化钙和二氧化钛，或氧化锶和二氧化锰，或三氧化二铁和三氧化二镧球磨分别得到钛酸钙、锰酸锶、铁酸镧；

2)将所述钛酸钙分散于浓度为0.1-0.5mol/l的硝酸溶液中，在水浴条件下，搅拌反应一段时间，或将所述锰酸锶分散于浓度为0.02-0.3mol/l的硝酸溶液中，在室温下，搅拌反应一段时间，或将所述铁酸镧分散于浓度为0.02-0.2mol/l的醋酸溶液中，在水浴条件下，搅拌反应一段时间，待搅拌反应结束后，抽滤，洗涤，干燥，得到钙钛矿基质固体酸催化剂。