[发明专利]一种MXene基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种MXene基催化剂及其制备方法和应用，所述MXene基催化剂，包括MXene和氧化石墨烯，MXene和氧化石墨烯的质量比为(0.5‑5)：1。在MXene分散液中加入氧化石墨烯分散液，混合均匀后得到混合液A，将混合液A冷冻干燥得到MXene基催化剂。作为催化剂对于左旋葡聚糖的生成具有很好的选择性，能克服现有的催化剂选择性差、腐蚀设备、难以回收、污染环境等问题。

技术领域

本发明涉及左旋葡聚糖制备领域，具体为一种MXene基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

快速热解技术是生物质能利用的重要方式之一，它可以快速高效地将生物质转化为含有多种高附加值化学品的生物油。然而，生物质各组分(即纤维素、半纤维素和木质素)的含量会显著地影响生物油中化学品的分布。引入合适的催化剂是提高生物油中目标化学品产率的有效措施。左旋葡聚糖(Levoglucosan，LG，1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖)是生物油中重要的化学品，已被美国能源部(US DoE)认定为最具潜力的“sugar-basedbiorefinery”化学品之一。左旋葡聚糖能被微生物代谢，因此，可作为重要原料生产生物可降解材料，如塑料、树脂等相关产品。目前常用的促进生物质热转化为左旋葡聚糖的方法主要为原料预处理和负载液体酸催化剂的方法，预处理方法存在着成本高、耗能大和工艺复杂等不足，而负载液体酸催化剂会随着酸量的增加，使左旋葡聚糖进一步脱水生成副产物左旋葡聚糖酮。同时，液体酸还会腐蚀设备、难以回收再利用，并且其强挥发性也会造成一定的环境污染。因此，寻找一种新型、高效、绿色的催化剂以实现左旋葡聚糖的规模化生产是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种MXene基催化剂及其制备方法和应用，作为催化剂对于左旋葡聚糖的生成具有很好的选择性，能克服现有的催化剂选择性差、腐蚀设备、难以回收、污染环境等问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种MXene基催化剂，包括MXene和氧化石墨烯，MXene和氧化石墨烯的质量比为(0.5-5)：1。

优选的，MXene为Ti₃C₂T_x。

所述的MXene基催化剂的制备方法，在MXene分散液中加入氧化石墨烯分散液，混合均匀后得到混合液A，将混合液A冷冻干燥得到MXene基催化剂。

优选的，所述MXene分散液的浓度为0.5-10mg/mL，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-10mg/mL。

优选的，冷冻干燥时间为20-100h。

优选的，所述MXene分散液的制备方法包括以下步骤：

步骤1:将氟化锂分散于盐酸中，搅拌得到混合液B；

步骤2:将MXene(Ti₃C₂T_x)的前驱体MAX(Ti₃AlC₂)相缓慢地加入到所述混合液B中，在25-70℃下搅拌反应得到混合液C；

步骤3:将混合液C离心后的沉淀物清洗直至上清液pH为中性为止，随后将所得底物用水或乙醇进行稀释并进行超声，将超声后的液体离心取上清液，得到MXene分散液。

进一步的，所述盐酸的浓度为6-12M，所述氟化锂与盐酸的质量体积比为(1-4)g：(30-60)mL；所述MAX与混合液B的质量体积比为(1-10)g:(20-80)mL。

所述的MXene基催化剂在催化生物质热解制备左旋葡聚糖中的应用。

优选的，以生物质为原料，以权利要求1或2任一项所述的MXene基催化剂为催化剂，在400-600℃进行热解反应8-12s，收集液体产物。