[发明专利]一种碱土金属碳酸盐-碳气凝胶复合催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种碱土金属碳酸盐‑碳气凝胶复合催化剂的制备方法，其在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，然后加入可溶性碱土金属化合物、可溶性碳酸化合物，在140～300℃反应后，经干燥、煅烧得到碱土金属碳酸盐/碳催化剂。本发明采用一锅法制备低密度、高孔隙率的碱土金属碳酸盐/碳催化剂，具有原料廉价易得，制备过程简单，且制得的催化剂具有高活性、高选择、反应条件温和、易回收利用等优点。

技术领域

本发明涉及一种碱土金属碳酸盐-碳气凝胶复合催化剂的制备方法。

背景技术

酯交换反应是以甘油为原料合成碳酸甘油酯的主要方法之一，催化酯交换反应的催化剂有多种，其中固体强碱催化剂具有高效、环保以及独特的催化活性，能够有效促进甘油与碳酸二甲酯的反应。目前，应用于催化酯交换反应的固体碱催化剂种类各异，按照传统催化剂的分类，固体催化剂分为均相碱催化剂和非均相碱催化剂。均相碱催化剂具有不易回收、污染产品、后处理困难等缺点。而非均相催化剂具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易分离等特点。

发明内容

本发明目的是提供一种成本低、制备过程简单、绿色无毒、催化活性高的碱土金属碳酸盐-碳气凝胶复合催化剂的制备方法。

本发明实现过程如下：

一种碱土金属碳酸盐-碳气凝胶复合催化剂的制备方法，其特征在于：在密闭容器中，将水溶性糖类化合物、水溶性高分子和可溶性碱土金属盐溶于水，然后加入可溶性碳酸盐，在140～300℃反应后，经干燥、煅烧得到碱土金属碳酸盐-碳气凝胶复合催化剂。

上述反应优选的反应温度为160～230℃；干燥过程采用自然干燥、冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥，优选为冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥，干燥得到的碳气凝胶进一步在惰性气氛下经过300～1400℃煅烧处理可提高其含碳量，并有利于打开闭塞的孔道，比表面积得到增加，煅烧优化温度为300～700℃；在反应体系中加入碱后制备的碱土金属碳酸盐/碳凝胶弹性较好且紧致。

所述的糖类化合物选自单糖、二糖、低聚糖、多糖（包括改性淀粉），所述的糖类化合物选自葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、水苏糖、棉籽糖、异麦芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚异麦芽酮糖、低聚龙胆糖、大豆低聚糖、低聚壳聚糖、环糊精、淀粉、酸改性淀粉、氧化淀粉、白糊精、黄色糊精、淡黄色糊精、乙酸化淀粉、辛基琥珀酸钠盐淀粉、羟丙基化淀粉醚、环氧乙烷交联淀粉、淀粉胶、淀粉乙酸胶、羧基淀粉胶、耐水淀粉胶、纤维素、半纤维素、糖元、木糖、阿拉伯胶、粘多糖。

所述的水溶性高分子为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚乳酸、聚马来酸、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、甲壳质、聚乙烯醇。

所述的可溶性碱土金属盐选自钙、锶和钡的可溶盐，可溶性碳酸盐选自钠、钾、铵的碳酸盐或酸式碳酸盐。所述的碱土金属盐选自硝酸钡、氯化钡、溴化钡、碘化钡、氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、氯化锶、硝酸锶、溴化锶、碘化锶，所述的可溶性碳酸盐选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵。

反应体系中加入碱，所述的碱选自氨水、吡啶、三乙胺、三乙醇胺、单乙醇胺、四甲基氢氧化铵、二异丙基乙基氨、二乙烯三胺、奎宁。

糖类化合物和水溶性高分子的质量比为1：6～1：0.005，优选为1：1～1：0.05；糖类化合物与水的质量比为1：60～1：0.5，优选为1：30～1：1，水溶性糖类化合物与可溶性碱土金属盐的质量比为15：1～1：1。

本发明碳凝胶的形成机理如下：糖类化合物是含有多羟基醛、多羟基酮以及能水解而生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物，水溶性高分子含有丰富的羧基、羟基或氨基的高聚物，在酸或碱的催化下，经过高温水热反应可形成交联的网状结构，最终水热炭化得到多孔的碳凝胶材料。