CN106582716A - 生物质碳磺酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种生物质碳磺酸的制备方法，包含以下步骤：（1）炭化：将葡萄糖浸渍在纳米二氧化硅中，干燥，炭化，在HF溶液中浸泡，再用去离子水洗涤至滤液呈中性，干燥得到多孔碳材料，再将碳材料研磨，过100目筛，备用；（2）磺化：取步骤（1）的产物，加入浓硫酸中，放入水热反应釜中，反应，冷却后稀释过滤，用去离子水洗涤、干燥。本发明制备得到的生物质碳磺酸结构稳定，在纤维素水解反应中具有较好的催化活性。
Description
技术领域
本发明属于碳材料的制备领域，具体涉及一种生物质碳磺酸的制备方法。
背景技术
随着国际化石能源日益短缺，纤维素作为最广泛的可再生生物能源原料，其转换和利用的研究受到广泛关注。可再生的生物质能源大量存在于自然界中，尤其是纤维素。纤维素水解产物之一的葡萄糖可以为人体或其他哺乳动物体提供能量；同时葡萄糖的发酵产物甲醇和乙醇等可以代替石油和煤炭等化石燃料，为人类提供所需的能源。然而，纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4 糖苷键连接组成，分子之间存在大量氢键和范德华力，结构坚固难以水解。
目前，纤维素水解主要采用生物酶水解和酸水解两种方法，这两种方法存在产物与催化剂分离困难、催化剂回收利用复杂和环境污染严重等问题，促使人们寻求新的方法来进行纤维素水解。近年来非均相催化水解纤维素的研究得到人们的高度重视，利用稠环芳烃、葡萄糖和微晶纤维素等含碳化合物制备含有高密度磺酸基团的新型无定形碳基固体酸，用于替代硫酸作为纤维素水解制备葡萄糖的催化剂。另一方面，由于这类无定形结构的碳材料表面积较小，催化剂的酸量不高，催化活性低于预期，葡萄糖收率低，用活性炭为载体制备固体碳磺酸，，有效提高了纤维素水解制葡萄糖的收率，随后引起人们对多孔碳催化材料的关注。多孔碳成本低，无氧条件下很稳定，而且还具有低密度、高热导率、良好的导电性、机械稳定性以及表面积可以控制等优势。因此，开发一种新型的多孔碳材料意义重大。
发明内容
本发明提供一种生物质碳磺酸的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
生物质碳磺酸的制备方法，包含以下步骤：
（1）炭化：将20.8g 葡萄糖浸渍在10.0g纳米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃预炭化6h，随后在N2 保护下以2℃/min的升温速率升温到800-1200℃后，炭化3h得到黑色碳-硅复合材料；将得到的复合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去离子水洗涤至滤液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再将碳材料研磨，过100目筛，备用；
（2）磺化：取2.0g 步骤（1）的产物，加入40 mL、质量分数为98%的浓硫酸中，放入水热反应釜中，升温至140-200℃，反应6-10h，冷却后稀释过滤，再用90℃的去离子水洗涤黑色固体至滤液中不含有硫酸根离子，将洗涤后的黑色固体110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。
优选地，步骤（1）中N2的流速为10mL/min。
优选地，步骤（1）中HF溶液的质量浓度为30%。
优选地，步骤（1）中，在N2 保护下以2℃/min的升温速率升温到1050℃。
优选地，步骤（2）中，在水热反应釜中，升温至160℃，反应8h。
本发明的优点：
本发明制备得到的生物质碳磺酸结构稳定，在纤维素水解反应中具有较好的催化活性。
具体实施方式
实施例1
生物质碳磺酸的制备方法，包含以下步骤：
（1）炭化：将20.8g 葡萄糖浸渍在10.0g纳米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃预炭化6h，随后在N2 保护下以2℃/min的升温速率升温到800℃后，炭化3h得到黑色碳-硅复合材料；将得到的复合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去离子水洗涤至滤液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再将碳材料研磨，过100目筛，备用；
（2）磺化：取2.0g 步骤（1）的产物，加入40 mL、质量分数为98%的浓硫酸中，放入水热反应釜中，升温至140℃，反应10h，冷却后稀释过滤，再用90℃的去离子水洗涤黑色固体至滤液中不含有硫酸根离子，将洗涤后的黑色固体110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。
实施例2
生物质碳磺酸的制备方法，包含以下步骤：
（1）炭化：将20.8g 葡萄糖浸渍在10.0g纳米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃预炭化6h，随后在N2 保护下以2℃/min的升温速率升温到1200℃后，炭化3h得到黑色碳-硅复合材料；将得到的复合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去离子水洗涤至滤液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再将碳材料研磨，过100目筛，备用；
（2）磺化：取2.0g 步骤（1）的产物，加入40 mL、质量分数为98%的浓硫酸中，放入水热反应釜中，升温至200℃，反应6，冷却后稀释过滤，再用90℃的去离子水洗涤黑色固体至滤液中不含有硫酸根离子，将洗涤后的黑色固体110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。
实施例3
生物质碳磺酸的制备方法，包含以下步骤：
（1）炭化：将20.8g 葡萄糖浸渍在10.0g纳米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃预炭化6h，随后在流速为10mL/min的N2保护下以2℃/min的升温速率升温到1050℃后，炭化3h得到黑色碳-硅复合材料；将得到的复合材料投入质量浓度为30%的HF溶液中浸泡6h，再用70℃去离子水洗涤至滤液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再将碳材料研磨，过100目筛，备用；
（2）磺化：取2.0g 步骤（1）的产物，加入40 mL、质量分数为98%的浓硫酸中，放入水热反应釜中，升温至160℃，反应8h，冷却后稀释过滤，再用90℃的去离子水洗涤黑色固体至滤液中不含有硫酸根离子，将洗涤后的黑色固体110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。
Claims (5)
1.生物质碳磺酸的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）炭化：将20.8g 葡萄糖浸渍在10.0g纳米二氧化硅中，在110℃下干燥12 h 后，160℃预炭化6h，随后在N2 保护下以2℃/min的升温速率升温到800-1200℃后，炭化3h得到黑色碳-硅复合材料；将得到的复合材料投入HF溶液中浸泡6h，再用70℃去离子水洗涤至滤液呈中性，110℃干燥12h 得到多孔碳材料，再将碳材料研磨，过100目筛，备用；
（2）磺化：取2.0g 步骤（1）的产物，加入40 mL、质量分数为98%的浓硫酸中，放入水热反应釜中，升温至140-200℃，反应6-10h，冷却后稀释过滤，再用90℃的去离子水洗涤黑色固体至滤液中不含有硫酸根离子，将洗涤后的黑色固体110℃干燥 12 h 得到碳磺酸。
2.根据权利要求1所述的生物质碳磺酸的制备方法，其特征在于：步骤（1）中N2的流速为10mL/min。
3.根据权利要求1所述的生物质碳磺酸的制备方法，其特征在于：步骤（1）中HF溶液的质量浓度为30%。
4.根据权利要求1所述的生物质碳磺酸的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，在N2 保护下以2℃/min的升温速率升温到1050℃。
5.根据权利要求1所述的生物质碳磺酸的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，在水热反应釜中，升温至160℃，反应8h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170426 |