[发明专利]一种木质素-PVC炭基固体酸及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种木质素‑PVC炭基固体酸及其制备方法和应用，属于固体酸催化剂制备技术领域。本发明以生物质废弃物木质素和白色污染物聚氯乙烯(PVC)为原料，在强碱氢氧化钾的活化下制备了木质素‑PVC炭基多孔材料。以对氨基苯磺酸为磺酸源对木质素‑PVC炭基进行磺化处理得到了木质素‑PVC固体酸催化剂催化木糖水解制备糠醛多孔炭基固体酸催化剂及制备方法，该方法磺化条件相对温和，相较于传统浓硫酸高温磺化更安全环保，且获得的固体酸总酸度较高，符合绿色环保可持续发展理念。

技术领域

本发明属于固体酸催化剂制备技术领域，具体涉及一种木质素-PVC炭基固体酸及其制备方法和应用。

背景技术

糠醛是目前唯一完全依赖生物质提炼获得的重要化工原料。目前，工业上主要通过均相酸水解法生产糠醛，这种方法催化效率较高，但由于液体酸的使用，导致催化剂无法回收，且对设备腐蚀严重。非均相固体酸具有稳定、污染小、收率高、可重复使用等优点，可以解决现有方法不绿色环保，制备得到的固体酸表面酸量低、活性位点易流失、催化活性差等技术问题，使其在工业生产上具有巨大的应用的潜能。因此，开发一种稳定好，活性官能团含量高的炭基固体酸及其重要。木质素是世界上含量最丰富且可再生的生物质，是生物炼油厂的废物副产品或低价值产品。工业中生物质糖类(木糖、果糖、葡萄糖和半纤维素)转化制备呋喃化合物的反应中多数为均相的酸催化剂，尽管转化率高，速率快，但是存在呋喃产物容易聚合使得收率较低；对反应器的耐腐蚀要求高，增加了费用成本；反应中产生的废酸处理困难，环境污染严重。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种木质素-PVC炭基固体酸及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种木质素-PVC炭基固体酸的制备方法，包括以下步骤：

S1：将木质素、PVC和KOH混合后进行碳化处理，得到炭基材料；将炭基材料依次进行超声处理、洗涤处理和烘干处理，得到预处理后的炭基材料；

S2：将预处理后的炭基材料在油浴条件下经对氨基苯磺酸磺化处理后，再经洗涤、烘干后得到木质素-PVC炭基固体酸。

进一步地，S1中，所述木质素、PVC和KOH的重量比为1.0：1.0：1.0。

进一步地，S1中，所述碳化处理是在N₂气氛下进行，所述碳化处理的温度为400～800℃，时间为4h。

进一步地，S1中，所述超声处理是采用质量浓度为15％～20％的盐酸进行超声处理；所述洗涤处理是采用超纯水进行洗涤至洗涤液pH值为7～8。

进一步地，S2中，所述磺化处理的步骤为：将预处理后的炭基材料和水混合后水，油浴升温后加入对氨基苯磺酸，反应30～35min加入NaNO₂，再次进行反应10～12h后取出反应物，用将反应物稀盐酸、水和甲醇洗涤过滤，在80～85℃下干燥12～24h。

进一步地，所述预处理后的炭基材料、水、对氨基苯磺酸和NaNO₂的用量比为1：(150～200)mL：(4～5)g：6g。

进一步地，S2中，所述油浴的温度为80～100℃。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的一种木质素-PVC炭基固体酸。

本发明还公开了上述木质素-PVC炭基固体酸的应用，所述木质素-PVC炭基固体酸作为生物质转化制备糠醛反应中的催化剂时，包括以下步骤：

将生物质和木质素-PVC炭基固体酸按照(1:1)～(2:1)的质量比加入到耐压反应管中，并加入有机溶剂，在150～170℃温度下反应60min，得到糠醛。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：