[发明专利]一种海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于固体催化剂领域，提供一步法合成一种海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂及其制备方法和用途，制备步骤如下：改性的PU@PDA海绵、锆盐、2‑磺酸基对苯二甲酸和2‑氨基对苯二甲酸溶解于弱酸性溶液中，置于烧瓶中反应；反应后的产物洗涤；洗涤后的产物再用低沸点溶剂浸泡后真空干燥，得到PU@PDA@UiO‑66‑SO3H‑NH2材料。该产品PU@PDA@UiO‑66‑SO3H‑NH2具有酸碱双功能、多孔结构、较大的比表面积及较高的热稳定性，有效提高葡萄糖异构化率，同时提高果糖脱水制备HMF的产率。

技术领域

本发明属固体催化剂领域，尤其是一种海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂及其制备方法。

背景技术

近几年，随着煤、石油等化石能源的开发和利用面临着越来越多的成本和环境问题，因此，对新能源的开发和利用得到了越来越多的广泛重视。除了太阳能、风能等新能源外，生物能也显示出越来越重要的作用。其中，纤维素作为自然界中分布最广、含量最多的一种C6类生物质资源，是替代传统化石燃料生产碳基化学品理想可再生原料。5-羟甲基糠醛(HMF)是由生物质转化而来的一种结构式中含有活泼醛基、羟基和呋喃环的生物质基平台化合物，它通过进一步的反应可以衍生出众多的下游产品,是连接生物质化学和石油化学的关键中间体。生物质制备HMF是目前研究生物质资源综合利用的热点之一。葡萄糖作为生物质资源之一，是生产HMF工艺过程中最为简单和最为理想的原料。迫切需要研究一种高效、廉价的催化剂来提高HMF的产率，以实现HMF的产业化。

葡萄糖转化成HMF的过程主要涉及(1)葡萄糖异构化为果糖，(2)果糖脱水得到HMF的反应。其中，碱性位点的存在对葡萄糖异构化为果糖有促进作用，酸性位点对于果糖脱水转化HMF过程中起到至关重要的作用。因此，面对如此复杂的反应步骤，如何有效的实现葡萄糖的转化，提高反应过程中HMF的产率，是一个非常具有挑战性的课题。催化剂的研究开发是该邻域内研究工作的关键，催化剂的性能决定了催化反应顺利进行的程度。一直以来，该邻域的科研工作者致力于开发出多功能化的固体催化剂，赋予其多种催化活性位点，从而实现葡萄糖一步转化制备HMF。然而，针对此研究邻域内出现的多功能固体催化剂，催化活性有待进一步提高，主要存在催化剂稳定性不高、不易回收，反应底物转化率不高，HMF产率不理想，距离工业化生产的目标要求还较远等问题。

发明内容

针对现有催化剂性能不足等问题，本发明提供了一种海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂PU@PDA@UiO-66-SO3H-NH2及其制备方法，通过以聚多巴胺(PDA)改性的大孔聚氨酯(PU)海绵为载体，一步水热法合成海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂PU@PDA@UiO-66-SO3H-NH2，并通过改变负载MOF的量来调节催化剂的酸度和碱度。该方法制备过程简单，并且成功将双功能固体催化剂负载在大孔聚氨酯(PU)海绵上极大提高催化剂的热稳定性及可回收性；可调的酸度和碱度有效提高催化剂的催化性能，同时有效提高葡萄糖到果糖的异构化率及果糖脱水生成HMF。

本发明是通过以下技术手段实现上述目的的。

一种海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂，所述的海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂是以PU@PDA海绵为载体合成的；所述的海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂具有多孔结构和可调的酸碱度。所述的海绵负载酸碱双功能金属有机配合物固体催化剂总酸度值为0.8～4.7mmol·g-1，总碱度值为0.5～3.1mmol·g-1。