[发明专利]磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制备方法及其应用

说明书

本发明提出一种磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制备方法及其应用，属于固体酸催化降解纤维素生物质技术领域，能够解决二维材料容易聚集沉淀再次形成三维体相材料使其催化效率再次降低、回收工艺复杂、回收效率低等技术问题。该技术方案包括氧化石墨烯的制备、磺化氧化石墨烯的制备、得到磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜等步骤。该磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜可用于纤维素的连续循环催化并表现出了优异的催化性能。同时，避免了粉末催化剂的分散和分离过程，可放大，易操作，为纤维素的规模化再利用提供了有效的方法。

技术领域

本发明属于固体酸催化降解纤维素生物质技术领域，尤其涉及一种磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制备方法及其应用。

背景技术

目前，由于不可再生资源的快速消耗，以及二氧化碳排放导致的全球变暖，人们必须探索可再生资源来替代化石资源。在各种可再生资源中，木质纤维素生物质因具有广泛，丰富，多样和廉价等一系列优良性能，被认为是替代生产燃料和化学品方案的一部分。纤维素有选择性地转化为各种高附加值化学品和高质量燃料已经成为能源领域最有吸引力的研究课题之一，然而应当指出的是，环保高效的将纤维素催化降解成葡萄糖是其转化为生产燃料和化学品的起点和进入点，是整个选择性转化链的重要一环。

目前催化降解纤维素的方法有酶催化、液体酸催化和固体酸催化等。其中，固体酸催化具有不易腐蚀设备，稳定性好，产物和催化剂易分离等优点被广泛关注，尤其是近年来发展的碳基固体酸，由于其特殊的碳骨架结构，在引入-SO₃H的同时也会引入-OH、-COOH基等弱酸性基团，使得该种固体酸同时具有纤维素吸附位点和催化位点，大大提高了催化效率。张涛等采用二维材料(如：氧化石墨烯)水解纤维素，二维材料具有独特的层状以及柔韧结构，这种独特的二维结构能够使更多的催化位点暴露，增加了功能基团和纤维素之间的接触机率，从而使其相比于三维固体酸具有更好的催化效果。

但是，二维材料容易聚集沉淀再次形成三维体相材料使其催化效率再次降低。另外，以二维材料作为催化剂，其再生回收工艺复杂、回收效率低、成本高，不易连续循环使用使其催化降解纤维素难以实现产业化。

发明内容

本申请针对上述二维材料容易聚集沉淀再次形成三维体相材料使其催化效率再次降低、回收工艺复杂、回收效率低的技术问题，提出一种磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜、其制备方法及其应用，该膜可实现对纤维素的连续循环催化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜的制备方法，包括以下步骤：

将干燥的磺化氧化石墨烯、成孔添加剂加入溶剂中超声分散，得到磺化氧化石墨烯溶液；

将聚合物加入磺化氧化石墨烯溶液中，充分搅拌，静置脱泡，得到磺化氧化石墨烯/聚合物溶液；

以磺化氧化石墨烯/聚合物溶液为铸膜液，采用浸没沉淀相转化法，制备得到磺化氧化石墨烯/聚合物多孔催化膜。

作为优选，所述磺化氧化石墨烯、成孔添加剂、溶剂的质量比为0.24:24:63.76-1.92:24:62.08，所述磺化氧化石墨烯溶液中磺化氧化石墨烯的质量分数为0.273％-2.182％。

作为优选，所述磺化氧化石墨烯与聚合物质量比为2:100-16:100。

作为优选，所述成孔添加剂为聚乙二醇、乙二醇、丙三醇、辛醇、聚乙烯基吡咯烷酮中的至少一种，所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种，所述聚合物为聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜中的至少一种。

作为优选，所述磺化氧化石墨烯由以下方法制备得到：