[发明专利]一种木质素衍生碳基固体酸催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种木质素衍生碳基固体酸催化剂的制备方法及其应用，包括：（1）通过使用木质素以及生物油在水热条件下制备得到碳材料；（2）进一步对碳材料进行氧化得到对应的碳基固体酸催化剂。本发明选择含有磺酸盐的木质素和生物质衍生生物油通过碳化得到碳材料；进一步通过氧化改变碳材料表面的极性，同时，在氧化过程中磺酸盐通过质子交换的方式转化为磺酸基，从而得到的碳材料具备丰富的磺酸基官能团以及含氧官能团，有效地提高催化剂的催化活性。同时，该催化剂在果糖的水解以及糠醇的醇解反应中表现出优异的催化性能以及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种木质素衍生碳基固体酸催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着化石燃料等不可再生资源的日益枯竭以及环境问题的加剧，生物质作为重要的绿色可持续发展的资源受到了极大的关注。生物质可以生物质水解的方式转化为液体燃料以及多用途平台化合物等，其中平台化合物包括5-羟甲基糠醛以及乙酰丙酸等。

生物质的水解需要酸催化剂的参与，液体酸催化剂的使用造成了环境污染，以及回收利用困难等问题。因此，固体酸催化剂的开发和使用，可以有效地促进生物质的转化利用。固体酸催化剂包含磺酸树脂、沸石、金属氧化物以及固体超强酸等，在过去得到了有效地利用。然而，这些催化剂存在较高的生产加工成本以及催化剂的制备过程较为复杂等问题，新型环境友好型固体酸催化剂的开发和使用显得至关重要。

生物质碳基固体酸催化剂，可以由生物质原料作为碳源，进一步通过磺化等方式转化为固体酸催化剂，这引起了人们的极大关注。木质素，作为重要的生物质组成部分，包括一定量的含硫官能团，可以进一步用作磺酸基的前驱体。因此，选择生物质原料用于开发固体酸催化剂，可以极大地降低催化剂的生产成本，同时，木质素自身含有丰富的磺酸基官能团，可以有效地提高碳基催化剂中磺酸基的丰度，有利于获得更高酸密度的固体酸催化剂。

发明内容

本发明提供了一种木质素衍生碳基固体酸催化剂的制备方法及其应用，该方法制备的催化剂活性好，制备过程简单，稳定性好。

本发明公开了一种木质素衍生碳基固体酸催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）取木质素以及生物油加入水中，在120-250 ℃条件下进行水热聚合，得到碳材料。

（2）将步骤1中的得到的碳材料进行过滤洗涤，并转移于60-120 ℃条件下干燥。

（3）将步骤2中的样品进行氧化，然后进行过滤洗涤后，于60-120 ℃条件下干燥。

（4）将步骤3中的碳材料用磺化剂进行磺化处理，过滤洗涤后，于60-120 ℃条件下干燥后得到碳基固体酸催化剂。

作为优选，步骤（1）中生物油为锯末等生物质原料裂解产生。

作为优选，步骤（2）中的氧化，采用发烟硝酸、浓硝酸等氧化剂进行处理。

作为优选，步骤（3）中的磺化，采用浓硫酸以及发烟硫酸等作为磺化剂，磺化温度为60-150 ℃，磺化时间为2-12 h。

本发明另外提供了木质素衍生碳基固体酸催化剂的应用，将其应用于果糖的水解反应以及糠醇的醇解反应，反应的温度为120-200 ℃，反应时间为1-5 h。

针对现有技术制备得到的生物质碳基固体酸催化剂中低酸量、稳定性差以及催化活性低等问题，本发明通过选择含有磺酸官能团的木质素以及生物质衍生生物油作为原料，通过后续氧化引入丰富的含氧官能团，有利于后续磺酸基官能团的引入，从而获得丰富的酸性位点，以表现出优异的催化活性。该技术成本低廉，适合工业化生产，原料来源广泛且可再生，符合绿色化学的理念。该发明实现了高活性高稳定性碳基固体酸催化剂的制备。

附图说明

图1是摘要附图。

图2是实施例1-4中得到的碳基催化剂的酸量以及比表面积的结果。