[发明专利]一种以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂、制备方法及其应用。具体的，在羧甲基纤维素钠(CMC‑Na)外面包裹一层Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，增加其表面羟基数，然后将3‑氯丙基三乙氧基硅烷和3‑巯丙基三乙氧基硅烷按照不同的摩尔比混合后与增加了羟基数的羧甲基纤维素钠反应进行氯和巯基官能化，再将巯基氧化得到磺酸根，接着通过氯与咪唑反应负载咪唑离子液体，最后通过咪唑离子液体中氮原子与铝离子的络合负载硝酸铝，得到负载硝酸铝和磺酸官能化的双功能催化剂Al(NOsubgt;3/subgt;)subgt;3/subgt;/CMC‑SOsubgt;3/subgt;H。本发明合成的纤维素基催化剂，反应条件温和，安全环保，成本低廉，可回收，有利于环境保护，实现社会的可持续发展。能够高效的催化葡萄糖制备HMF，以及制备下游产物2,5‑呋喃二甲醛(DFF)。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的生物质平台化合物，可通过糖类如纤维素、葡萄糖、果糖等碳水化合物脱水获得，通过聚合、卤化、酯化、加氢以及氧化等反应转化为众多高附加值产品。例如HMF的氧化产物——2,5-呋喃二甲醛(DFF)，是一种重要的化学中间体，可用于合成杀菌剂、药品和功能性高分子等。葡萄糖脱水制备HMF的催化剂种类主要分为两类：均相催化剂与非均相催化剂。均相催化剂虽然具有可观的酸度、较高的催化效率和选择性，但是往往也会产生大量的腐黑物质，催化剂难以回收利用，产物难分离，同时还带有一定的毒性并且腐蚀反应器，设备污染严重；非均相催化剂具有易于从产物中分离、可循环利用、对反应器的损害小、对环境污染少、热稳定性强和适合于工业连续化生产等优点。于是寻找高效稳定的催化剂提高HMF得率成为目前该领域研究的热点之一。

针对这些问题，本发明提出以可再生的廉价的羧甲基纤维素钠为基体，先进行表面覆盖Al₂O₃以增加其表面羟基数，再进行磺酸功能化，接着负载咪唑离子液体，最后通过咪唑离子液体中氮原子与铝离子的络合负载硝酸铝，最终得到负载硝酸铝和磺酸官能化的双功能催化剂Al(NO₃)₃/CMC-SO₃H，催化剂基体的原料价格低廉、来源广且易生物降解，绿色环保。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述及现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂、制备方法及其应用。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂，包括，

在羧甲基纤维素钠外表面负载硝酸铝和磺酸官能团，即为以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂Al(NO₃)₃/CMC-SO₃H。

作为本发明所述以羧甲基纤维素钠为基体的固体催化剂的制备方法的一种优选方案，其特征在于：包括，

将AlCl₃·6H₂O、羧甲基纤维素钠和去离子水混合，搅拌，过滤，将固体充分暴露在氨气中，水洗，干燥，得到增加表面羟基数的羧甲基纤维素钠；

将增加表面羟基数的羧甲基纤维素钠与无水甲苯、3-氯丙基三乙氧基硅烷和3-巯丙基三乙氧基硅烷混合，在氮气中回流，过滤后用二氯甲烷索氏抽提、干燥，得到氯和巯基官能化羧甲基纤维素钠；