[发明专利]一种纤维素水解用生物质碳基固体酸催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然植物纤维综合利用技术领域，具体涉及一种纤维素水解用生物质碳基固体酸催化剂的制备方法。

背景技术

利用分布广泛而廉价的木质纤维资源代替石油资源生产重要的精细化工产品已成为国内外资源和能源领域的研究热点之一。木质纤维的组成和结构复杂，如何高效地催化木质纤维转化为粮食和精细化学品，以满足人类社会发展的需要是关键所在。

以芳香族化合物和糖类化合物为原料，经不完全炭化和磺化制得含磺酸基的炭基固体酸催化剂表现出的较高催化活性，引起国内外学者的广泛关注。生物质炭磺酸催化剂在催化木质纤维的水解中具有产物易分离，反应操作简单，催化剂廉价等优势，但催化剂存在着的催化活性不高且循环使用性能差等缺点。

发明内容

本发明提供一种纤维素水解用生物质碳基固体酸催化剂的制备方法，制备条件相对温和，而且所需要反应温度较低，能够减少催化剂制备过程的能耗，并且通过这种方法制备的催化剂催化活性高，稳定性好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种纤维素水解用生物质碳基固体酸催化剂的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）预处理：

将50-70重量份切割好的长度在1-3cm的农作物秸秆置于200-400份2wt%的NaOH溶液中浸泡2-3小时，然后取出，用蒸馏水洗涤至中性，除去秸秆表面的蜡质及其他附着的杂质，置于70-85℃的烘箱内干燥，粉碎并过100目筛，保存于干燥器中，备用；

（2）水解：

然后将过筛后的秸秆按一定的固液比与水混合，磁力搅拌20-40分钟后，将混合液转移至不锈钢反应釜中，将反应釜置于温度为180-200℃的电热恒温鼓风干燥箱中，水解1-2小时，水解后的产物经离心分离后，转移至不锈钢反应釜；

（3）碳化处理：

将步骤（2）装有清液的反应釜置于温度为170-190℃的烘箱中，进行碳化处理，持续炭化5-9小时，反应结束后将反应釜取出，自然冷却至室温，碳化产物经离心分离后，分别用乙醇、去离子水洗涤数次，再经干燥后，研磨成粉末；

（4）磺化处理：

将步骤（3）碳载体粉末加入至不锈钢水热釜中，在磁力搅拌下，加入一定量的98%浓硫酸混合均匀，加热至110-150℃下，在氮气保护下磺化5-9小时，自然冷却至室温后，将混合物过滤回收浓硫酸，滤饼用沸水反复洗涤至滤液呈中性，置于100-110℃烘箱内干燥，即得到碳基固体酸催化剂。

其中，所述的农作物秸秆是指水稻秸秆、小麦秸秆、棉秸秆中的一种或一种以上的混合物。

其中，所述的步骤（2）中秸秆与水的固液比为1:30-50。

其中，所述的碳载体与98%浓硫酸的比例为1g/20ml。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用水热炭化-磺化法制备碳基固体酸催化剂，在无催化剂条件下水解秸秆，以其水解液为碳源炭化形成球形碳核，具有巨大的比表面积，之后经磺化处理，表面负载有磺酸基、酚羟基和羧基，而大比表面积在催化水解纤维素过程中，不仅能够提高催化剂在非均相系统中的分散度，而且能够使催化活性基团与反应物充分接触，与催化反应底物亲和性高，从而具有较高的催化活性；另外酚羟基是吸附和解结晶位点，对反应底物有解结晶和吸附作用，能够将反应物吸附到催化剂周围，达到磺酸基的作用范围，相互之间产生协同效应，增强了催化剂的酸性和稳定性。

具体实施方式

一种纤维素水解用生物质碳基固体酸催化剂的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）预处理：

将70重量份切割好的长度在1-3cm的农作物秸秆置于360份2wt%的NaOH溶液中浸泡2小时，然后取出，用蒸馏水洗涤至中性，除去秸秆表面的蜡质及其他附着的杂质，置于80℃的烘箱内干燥，粉碎并过100目筛，保存于干燥器中，备用；

（2）水解：

然后将过筛后的秸秆按一定的固液比与水混合，磁力搅拌40分钟后，将混合液转移至不锈钢反应釜中，将反应釜置于温度为190℃的电热恒温鼓风干燥箱中，水解1.5小时，水解后的产物经离心分离后，转移至不锈钢反应釜；

（3）碳化处理：

将步骤（2）装有清液的反应釜置于温度为180℃的烘箱中，进行碳化处理，持续炭化8小时，反应结束后将反应釜取出，自然冷却至室温，碳化产物经离心分离后，分别用乙醇、去离子水洗涤数次，再经干燥后，研磨成粉末；

（4）磺化处理：