[发明专利]一种基于埃洛石纳米管稳定的乳液制备多级孔催化剂的方法及用途

说明书

本发明属于环境功能材料制备技术领域，具体提供了一种基于埃洛石纳米管稳定的乳液制备多级孔酸碱双功能催化剂的方法。选取天然硅基粘土埃洛石为原料，利用沉淀聚合在其表面包覆碱性聚合物薄层，以获得的有机无机复合材料构建W/O型Pickering HIPEs，通过热引发聚合和后续酸性位点引入制备孔壁修饰碱性位点的多级孔酸碱双功能固体催化剂，克服了由纤维素制备5‑羟甲基糠醛(5‑HMF)反应领域内催化剂活性不高、选择性差等缺点，提供一种大比表面积、酸碱双功能化的多级孔固体催化剂的制备方法。

技术领域

本发明属环境功能材料制备技术领域，涉及一种基于埃洛石纳米管稳定的皮克林高内相乳液模板法制备多级孔酸碱双功能催化剂的方法。

背景技术

随着世界经济的高速发展,社会的不断进步,我国已成为世界上最大的能源生产国和消费国。以煤、石油和天然气为代表的传统化石能源与人类的生活和社会经济的发展息息相关。然而，有限的化石燃料对可持续发展提出了严峻的考验。同时，化石燃料的燃烧所带来的环境污染问题越来越引起社会的关注。因此，寻求一种绿色可再生能源来替代传统化石能源成为了当前研究的热点。生物质作为世界上的第四大能源，具有来源广泛、储量丰富、价廉易得和清洁可再生等优点，可代替部分化石燃料，以生物质中占比最大的碳水化合物通过生物或化学转化可合成有用的高附加值化学品。

5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)，是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，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。目前，用于制备5-HMF的生物质基碳水化合物主要包括果糖，葡萄糖和纤维素。其中，纤维素以价格低廉和资源丰富的特点成为了制备5-HMF的理想原料并引起了越来越多的关注。研究表明，从纤维素转化制备5-HMF的过程中主要涉及纤维素的水解、葡萄糖的异构化和果糖的脱水。在这一复杂的转化过程中，酸性催化活性位点和碱性催化活性位点起着至关重要的作用。

当前，已报道的用于催化纤维素转化制备5-HMF的催化反应体系仍然存在一些问题需要解决，(1)催化剂孔结构单一，催化活性不高；(2)用于稳定高内相乳液的稳定粒子的种类不多；(3)稳定粒子往往不具备催化活性，通过乳液模板法制备的多孔催化剂的催化活性有待提高。埃洛石纳米管是一种天然的多壁纳米管状硅酸盐粘土矿物，具有碳纳米管相似的中空管状结构、高的比表面积、优良的化学及热稳定性、廉价的成本和广阔的来源，同时其表面含有丰富的硅羟基基团，易于改性，使其能成为皮克林高内相乳液理想的固体稳定剂。通过对其改性引入催化活性位点，可以作为稳定粒子以稳定皮克林高内相乳液来制备多级孔催化剂。

发明内容

针对现有催化剂所存在的不足，本发明以改性的埃洛石作为稳定粒子通过皮克林高内相乳液模板法制备了多级孔酸碱双功能催化剂。首先，通过硅烷化反应将乙烯基接枝于埃洛石纳米管表面，采用丙烯酰胺为功能单体，二乙烯基苯为交联剂，经沉淀聚合反应将碱性聚合物薄层包覆在埃洛石纳米管表面，获得具有碱性催化活性位点的埃洛石。通过调节功能单体和交联剂用量实现对改性埃洛石表面润湿性的调控以充当稳定粒子制备油包水型高内相乳液，经热引发聚合获得孔壁修饰碱性位点的多级孔固体催化剂载体，后经磺化作用得到酸碱双功能化多级孔固体催化剂。

本发明采用的技术方案是：

一种基于埃洛石纳米管稳定的乳液制备多级孔催化剂的方法，按照下述步骤进行：

(1)一定量的经过酸处理的埃洛石，加入到含有甲苯中，超声使其分散均匀，再在整个体系中通入氮气，然后再加入一定量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)，混合后的体系在90～100℃下加热回流22～24h，所得的产物经过离心，用甲苯洗涤，所得的固体在50～60℃真空干燥，得到接乙烯基后的埃洛石；