[发明专利]铯改性的磷钨酸@UiO-66/多孔碳基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铯改性的磷钨酸@UiO‑66/多孔碳基复合材料的制备方法。属于生物质资源化利用领域，该复合材料是由具有多孔结构的生物质框架炭和均匀分布于生物碳基材料孔道内的Cs_xH_3‑xPW₁₂O₄₀@UiO‑66组成。将上述制备的催化剂置于高压反应釜中用于纤维素转化制备糠醛具有高效的反应活性，反应条件温和，5‑羟甲基糠醛选择性优异，重复使用性能良好。此外，催化剂合成工艺简单，回收方式简便，原料成本低廉，环保无污染，对5‑羟甲基糠醛的规模化工业生产具有深刻意义。

技术领域

本发明属于生物质资源化利用领域，涉及一种铯改性的磷钨酸@UiO-66/多孔碳基复合材料的制备方法，具体的，是涉及一种Cs_xH_3-xPW₁₂O₄₀@UiO-66/生物质多孔碳基复合材料的制备方法及其在纤维素脱水中的应用。

背景技术

现有技术中，社会经济和科技的发展进步高度依赖于传统的化石资源，这些不可再生资源的储量随着人类需求的增加而日益消耗。因此，通过可再生能源代替不可再生能源是实现可持续发展的关键举措之一。纤维素作为自然界中储量丰富、来源广泛，价格低廉的可再生资源，具有清洁环保无污染的特点而受到广泛关注，将其催化转化为高附加值的化工产品被认为是一种具有吸引力和发展潜力的生物质利用方式。在众多的生物质基衍生品中，5-羟甲基糠醛(5-HMF)作为一种重要的平台化合物，具有较高经济利用价值，通常应用在医药，石油化工等领域。

以纤维素作为原料制备5-HMF主要通过化学催化法，催化剂需要同时具有酸催化位点和碱催化位点，因此对催化的设计具有较高要求。专利CN103028424A公开一种用于5-羟甲基糠醛合成的固体酸催化剂的制备方法，所述的固体酸催化剂为氧化物负载硫酸根离子或铬离子，将其用于合成5-羟甲基糠醛中可获得较高的收率。催化剂的主要活性组分是硫酸根粒子和铬离子，在一定程度上会对环境造成负担。专利CN 109749738 A公开了一种磺化碳量子点在制备5羟甲基糠醛中的应用，以生物质为原料首先利用H₂O₂辅助的水热法制备表面含有羟基和羧基的碳量子点，然后对碳量子点进行磺化处理，最终获得磺化碳量子点。磺化碳量子点可作为催化剂用于催化果糖脱水生成5-羟甲基糠醛，具有高的果糖转化活性以及良好的5-HMF产率和优异的稳定性，然而催化剂制备过程的需要磺化，对环境产生一定的污染。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种铯改性的磷钨酸@UiO-66/多孔碳基复合材料的制备方法及其在纤维素脱水中的应用；本发明提供的催化剂催化性能高效，合成工艺简单，回收方式简便，重复使用性能优异，原料成本低廉，环保无污染，对规模化工业生产具有深刻意义。

本发明的技术方案是：本发明公开了一种铯改性的磷钨酸@UiO-66/多孔碳基复合材料的制备方法；其以生物质衍生的多孔碳基材料为载体，铯改性的磷钨酸@UiO-66(Cs_xH_3-xPW₁₂O₄₀@UiO-66)为活性组分，将活性组分均匀分散在多孔碳基材料孔道内，从而制得铯改性的磷钨酸@UiO-66/多孔碳基复合材料(即Cs_xH_3-xPW₁₂O₄₀@UiO-66/生物质多孔碳基复合材料)；其具体操作步骤如下：

步骤(1)：将生物质原料与造孔剂充分混合，其中，生物质与造孔剂的质量比为(10～1)：1，再加入10～100mL超纯水，加热至沸腾状态，在沸腾状态下进行回流处理2～6h，洗涤，干燥，随后在N₂氛围中于500～1000℃下煅烧1～4h，冷却至室温，得到多孔碳基材料；