[发明专利]一种单宁基有序介孔碳催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种单宁基有序介孔碳催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域，该制备方法包括以下步骤：将单宁酸、F‑127表面活性剂、六水合硝酸镁和乙醇混合，进行溶剂挥发自组装，得到自组装胶束；所述六水合硝酸镁、单宁酸和F‑127表面活性剂的质量比为(0.5～2)：1：1；将所述自组装胶束依次进行固化和煅烧，得到单宁基有序介孔碳催化剂；所述煅烧在氮气或惰性气体保护下进行。采用本发明的方法制备有序介孔碳催化剂，可以避免使用甲醛等交联剂，绿色环保，且制备的催化剂用于催化葡萄糖的异构化，具有良好的催化活性和选择性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种单宁基有序介孔碳催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

生物质资源作为地球上唯一含碳的可再生能源，近年受到了学者越来越多的关注。生物质资源具备储量丰富、分布广泛、成本低廉、环保友好等众多优势。现有研究已证明，生物质资源能够取代传统的化石燃料或用于生产附加值高的化学物质和生物燃料。其中，葡萄糖异构化为果糖是可再生生物质合成生物燃料和平台化学品的关键中间步骤。

葡萄糖异构化成果糖一般有两种方法，即酶催化和化学催化。酶对葡萄糖异构化具有选择性高、反应条件温和等优点，但也存在成本高、反应时间长、不可循环等局限性。在化学方法中，多相催化剂因催化时间短、选择性高、可循环利用和环境友好等优点，得到了广泛认可。在各种多相催化剂中，MgO因价格低廉，获取简单，催化效果优异成为研究的焦点。对于MgO催化剂，其性能取决于MgO晶体大小和其他物理化学性质，纳米级MgO催化剂活性高，催化效果高，但是制备过程相对复杂且会发生团聚，从而导致催化活性大大降低。此外，由于MgO催化剂附近的局部pH环境可能高于理想值，导致果糖产率及选择性降低。

有序介孔碳(OMC)具有高表面积、可调节的孔径和均匀的介孔结构，是催化剂载体的良好选择。实验表明，将MgO均匀的负载在多孔的碳载体上能够避免上述出现的部分问题。溶剂挥发自组装是制备有序介孔碳的常见方法。其原理可分为三步：首先，碳源通过氢键与嵌段共聚物的亲水端相互作用并在该部分富集，随着嵌段共聚物自组装形成有序结构，然后通过交联固化形成稳定的聚合物框架。最后加热的过程中，嵌段共聚物的疏水端受热分解形成中孔，而碳前体则形成了有序介孔炭骨架。自组装模板法对前驱体的要求很高：前驱体能够自组装成为纳米结构至少包含两种成分：一种是产孔成分，另一种是产碳成分。产孔成分在产碳部分固化交联的过程中足够稳定，以保持纳米结构，但在炭化过程中要尽量分解以成孔；产碳部分要有足够的交联度，以保证移除模板和炭化的过程中介孔结构不会塌陷。

常用的碳源包括酚类单体，酚类单体的酚羟基可通过氢键相互作用与模板亲水端的吡啶基团或者醚氧键结合，从而富集在嵌段共聚物的亲水端，并随其自组装形成介观结构。酚类单体作为碳源时，一般以酸作为催化剂，还需在组装体系中添加交联剂如甲醛，使得胶束充分交联形成稳定的介观聚合物框架。然而，随着环境问题的加剧，苯酚、甲醛这种有毒有害的有机物不再被绿色化学所接受，因此新型绿色的碳源需要被发现和研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单宁基有序介孔碳催化剂及其制备方法和应用，采用本发明的方法制备有序介孔碳催化剂，可以避免使用甲醛等交联剂，绿色环保，且制备的催化剂用于催化葡萄糖的异构化，具有良好的催化活性和选择性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种单宁基有序介孔碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将单宁酸、F-127表面活性剂、六水合硝酸镁和乙醇混合，进行溶剂挥发自组装，得到自组装胶束；所述六水合硝酸镁、单宁酸和F-127表面活性剂的质量比为(0.5～2)：1：1；

将所述自组装胶束依次进行固化和煅烧，得到单宁基有序介孔碳催化剂；所述煅烧在氮气或惰性气体保护下进行。

优选的，所述单宁酸和乙醇的用量比为1g：25mL。