CN108435209A - 一种疏水强酸性炭材料的制备方法 - Google Patents

一种疏水强酸性炭材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108435209A
CN108435209A CN201810305639.9A CN201810305639A CN108435209A CN 108435209 A CN108435209 A CN 108435209A CN 201810305639 A CN201810305639 A CN 201810305639A CN 108435209 A CN108435209 A CN 108435209A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon materials
acid
highly acid
preparation
hydrophobic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810305639.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108435209B (zh
Inventor
邓强
钟瑶
邓曙光
王珺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN201810305639.9A priority Critical patent/CN108435209B/zh
Publication of CN108435209A publication Critical patent/CN108435209A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108435209B publication Critical patent/CN108435209B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/0234Nitrogen-, phosphorus-, arsenic- or antimony-containing compounds
    • B01J31/0271Nitrogen-, phosphorus-, arsenic- or antimony-containing compounds also containing elements or functional groups covered by B01J31/0201 - B01J31/0231
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/615100-500 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/617500-1000 m2/g

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

一种疏水强酸性炭材料的制备方法,属于催化材料技术领域。包括以下步骤:(1)使多孔碳材料与氨基磺酸类化合物在氧化剂存在下在酸性的溶剂中发生重氮化反应,接枝磺酸基团,生成强酸性炭材料;(2)使步骤(1)制备的强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺在氧化剂存在下在酸性的溶剂中发生重氮化反应,接枝疏水官能团,生成疏水强酸性炭材料。本发明制备的催化剂具有超高的疏水性、较高的酸密度和较好的稳定性,且其制备步骤简单,使用廉价易得的多孔炭材料作为载体,设备要求低,易于产业化,可用于多个催化反应,具有广阔的应用前景。

Description

一种疏水强酸性炭材料的制备方法
技术领域
本发明属于催化材料技术领域,涉及炭材料及其制备方法。
背景技术
酸催化剂在有机化工中的地位非常重要,是影响反应速率和收率极为关键的因素。酸催化化学反应主要分为均相和非均相催化。在均相催化过程中,液体酸不仅会腐蚀设备,而且其强氧化性、脱水性和磺化能力往往会引发副反应,并能污染环境。固体酸催化剂的非均相催化与均相催化相比的优势:易于与产物分离和催化剂可重复使用;后处理简单,不易腐蚀设备;通过连续流动反应器操作和批量配置可实现效率更高的可持续性发展,减少了有害废液的排放;易储存和处理。
尽管固体酸催化剂具备很多优点,但也存在一些缺点:(1)固体酸催化剂的活性还比不上硫酸等液体酸;(2)一般固体酸催化剂稳定性较差,易失活,寿命较短;(3)一般固体酸催化剂比表面积小,反应底物分子不易与酸性位接触,反应活性不高;(4)一般固体酸催化剂疏水亲油性较弱,非极性的有机底物分子不易于酸性位接触,影响反应活性,尤其是在水参与的有机反应中(如酯化反应,果糖脱水反应等),产物分子极性水易覆盖住催化剂的酸性位,影响反应活性和催化剂循环。
廉价易得的固体生物质资源经过成炭工艺很容易得到大比表面积的多孔炭材料。文献Green Chemistry,2007,9:434-437;Chemical Engineering Journal,2012,183:104-107;Applied Energy,2014,114:819-826;Green Chemistry,2007,9:434-437;Bioresource Technology,2013,146:767-770等从廉价易得的可持续生物炭(如葡萄糖、稻壳、松木、微藻渣等)进行高温焙烧炭化,再使用H2SO4磺化的方法制备强酸性炭材料的路径获得了广泛的研究。直接磺化法磺酸基团负载量很大,酸性位多,但由于磺酸基团的亲水性,得到的磺化生物炭材料不能直接作为疏水性催化剂使用。
因此如何解决以上问题,基于廉价易得炭材料设计合成出酸性强的、酸密度高的、比表面积大的、稳定性好、高活性的疏水性强酸性炭材料是具有重要意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高比表面积的多孔炭材料合成的新型的高活性和稳定性的疏水强酸性催化剂的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现。
本发明所述的一种疏水强酸性炭材料的制备方法,按以下步骤:
(1)将多孔炭材料与氨基磺酸类化合物按重量比为1:0.5~1:7,氨基磺酸类化合物与催化剂按摩尔比1:1比例预混,加入与多孔炭材料重量比为100:1的溶剂和0.7:1的盐酸,在氧化剂存在的条件下,反应温度50℃~80℃,搅拌反应时间10min,分离、洗涤和干燥,生成强酸性炭材料。
(2)将步骤(1)制备的疏水强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺按重量比为1:0.1~1:4,叔丁基苯胺或正丁胺与催化剂按摩尔比1:1比例预混,加入与多孔炭材料重量比为100:1的溶剂和0.35:1的盐酸,在氧化剂存在的条件下,反应温度50℃~80℃,搅拌反应时间10min,分离、洗涤和干燥生成疏水强酸性炭材料。
所述氨基磺酸类化合物为氨基磺酸、氨基甲磺酸、氨基丙磺酸、对氨基苯磺酸、4-氨基-1-萘磺酸、8-氨基-1-萘磺酸或1-氨基-2-萘酚-4-磺酸。
所述氧化剂为亚硝酸钠或亚硝酸异戊酯,所述溶剂为水或乙醇或两者的混合物。
所述多孔炭材料为廉价易得高比表面积的活性炭。
本发明的有益效果:
(1)本发明的一种疏水强酸性炭材料,除具有一般固体酸催化剂的优点之外,还具有大的比表面积和疏水亲油性。在水参与的有机反应中,能有效地隔绝水与酸性位的接触,提高有机反应底物与酸性位的接触,提高反应的转化率、选择性和稳定性,有利于工业上的连续生产。
(2)本发明的一种疏水强酸性炭材料制备步骤简单,使用廉价易得的高比表面积的炭材料作为原料,设备要求低,易于产业化,具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下通过列表的形式用实施例来进一步说明本发明的实施。实施例仅仅是实例性的,而非限制性的。
强酸性炭材料的制备:以表1中实施例2为例:称取0.5g对氨基磺酸、0.22g氢氧化钠与250ml三口烧瓶中,加入100ml水,磁力搅拌下加热至50℃,待反应物完全溶解后,测定并调节使pH>7,再依次加入1g商业活性炭和0.36g亚硝酸钠;将0.02mol盐酸缓慢滴入反应液中,搅拌反应10min,过滤洗涤后,80℃干燥过夜。采用体积法吸附仪测量样品比表面积,为881.4m2g-1,采用元素分析仪测量样品S%,为1.1%,并用接触角测量仪来测量样品的疏水性,接触角为97.8°。实施例1-10的反应条件和样品性能如表1所示。
表1.强酸性炭材料制备实施例
疏水强酸性炭材料的制备:以表2中的实施例11为例:称取1g实施例2得到的强酸性炭材料,0.5g叔丁基苯胺、0.13g氢氧化钠于250ml三口烧瓶中,加入100ml乙醇,磁力搅拌下加热至50℃,待反应物完全混合后,测定并调节使pH>7,再加入0.23g亚硝酸钠;将0.01mol盐酸缓慢滴入反应液中,搅拌反应10min,过滤洗涤后,80℃干燥过夜。采用体积法吸附仪测量样品比表面积,为851.7m2g-1,采用元素分析仪来测量样品S%,为0.9%,并用接触角测量仪来测量样品的疏水性,接触角为117.1°。实施例11-22的反应条件和样品性能如表2所示。
表2.疏水强酸性炭材料制备实施例
总之,经过上述两个反应步骤,可得到疏水强酸性炭材料,经过测量,该炭材料的酸量(S%)可达5.0%,接触角可达136.9°,同时比表面积仍可达180m2g-1

Claims (5)

1.一种疏水强酸性炭材料的制备方法,其特征是按以下步骤:
(1)将多孔炭材料与氨基磺酸类化合物按重量比为1:0.5~1:7,氨基磺酸类化合物与催化剂按摩尔比1:1比例预混,加入与多孔炭材料重量比为100:1的溶剂和0.7:1的盐酸,在氧化剂存在的条件下,反应温度50℃~80℃,搅拌反应时间10min,分离、洗涤和干燥,生成强酸性炭材料;
(2)将步骤(1)制备的疏水强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺按重量比为1:0.1~1:4,叔丁基苯胺或正丁胺与催化剂按摩尔比1:1比例预混,加入与多孔炭材料重量比为100:1的溶剂和0.35:1的盐酸,在氧化剂存在的条件下,反应温度50℃~80℃,搅拌反应时间10min,分离、洗涤和干燥生成疏水强酸性炭材料。
2.根据权利要求1所述的一种疏水强酸性炭材料的制备方法,其特征是步骤(1)所述氨基磺酸类化合物为氨基磺酸、氨基甲磺酸、氨基丙磺酸、对氨基苯磺酸、4-氨基-1-萘磺酸、8-氨基-1-萘磺酸或1-氨基-2-萘酚-4-磺酸。
3.根据权利要求1所述的一种疏水强酸性炭材料的制备方法,其特征是所述氧化剂为亚硝酸钠或亚硝酸异戊酯。
4.根据权利要求1所述的一种疏水强酸性炭材料的制备方法,其特征是所述溶剂为水或乙醇或两者的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种疏水强酸性炭材料的制备方法,其特征是所述多孔炭材料为活性炭。
CN201810305639.9A 2018-04-08 2018-04-08 一种疏水强酸性炭材料的制备方法 Active CN108435209B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810305639.9A CN108435209B (zh) 2018-04-08 2018-04-08 一种疏水强酸性炭材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810305639.9A CN108435209B (zh) 2018-04-08 2018-04-08 一种疏水强酸性炭材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108435209A true CN108435209A (zh) 2018-08-24
CN108435209B CN108435209B (zh) 2020-10-23

Family

ID=63198677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810305639.9A Active CN108435209B (zh) 2018-04-08 2018-04-08 一种疏水强酸性炭材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108435209B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110903489A (zh) * 2019-11-26 2020-03-24 南昌大学 一种基于烷基化反应制备疏水强酸性MOFs的方法
CN110951086A (zh) * 2019-11-26 2020-04-03 南昌大学 一种疏水强酸性MOFs的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101757946A (zh) * 2010-01-08 2010-06-30 凯瑞化工有限责任公司 一种多功能基团树脂催化剂及其制备方法
US20120273404A1 (en) * 2009-08-04 2012-11-01 Waters Technologies Corporation High purity chromatographic materials comprising an ionizable modifier
CN105728019A (zh) * 2016-03-17 2016-07-06 中国天辰工程有限公司 一种具有介微孔的zsm-5分子筛的制备方法及应用
CN107857593A (zh) * 2017-11-15 2018-03-30 中南大学 一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120273404A1 (en) * 2009-08-04 2012-11-01 Waters Technologies Corporation High purity chromatographic materials comprising an ionizable modifier
CN101757946A (zh) * 2010-01-08 2010-06-30 凯瑞化工有限责任公司 一种多功能基团树脂催化剂及其制备方法
CN105728019A (zh) * 2016-03-17 2016-07-06 中国天辰工程有限公司 一种具有介微孔的zsm-5分子筛的制备方法及应用
CN107857593A (zh) * 2017-11-15 2018-03-30 中南大学 一种高疏水碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KRISTAPSMALINS: "Synthesis of activated carbon based heterogenous acid catalyst for biodiesel preparation", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 *
蔡其勇: "《基础化学实验》", 31 August 2006, 西南交通大学出版社 *
许晓文: "《定量化学分析》", 30 April 2016, 南开大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110903489A (zh) * 2019-11-26 2020-03-24 南昌大学 一种基于烷基化反应制备疏水强酸性MOFs的方法
CN110951086A (zh) * 2019-11-26 2020-04-03 南昌大学 一种疏水强酸性MOFs的制备方法
CN110903489B (zh) * 2019-11-26 2021-06-22 南昌大学 一种基于烷基化反应制备疏水强酸性MOFs的方法
CN110951086B (zh) * 2019-11-26 2021-06-22 南昌大学 一种疏水强酸性MOFs的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108435209B (zh) 2020-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103691483B (zh) 一种碳基固体酸催化剂及其制备方法
CN109603819B (zh) 一种石墨烯负载PdRu双金属催化剂及其制备方法和应用
CN106517190B (zh) 一种木质素催化热裂解联产单酚类化合物和活性炭的方法
CN112044450B (zh) 一种酸碱双功能生物质碳基催化剂及其制备方法
CN109289851A (zh) 一步合成法制备Fe3O4/介孔碳复合材料及其催化氧化降解磺胺二甲基嘧啶的方法
CN104672469B (zh) 一种季铵化木质素基分散剂及制备工艺和应用
CN109942814A (zh) 一种含吡啶基的共轭微孔聚合物及其制备方法和应用
CN108435209A (zh) 一种疏水强酸性炭材料的制备方法
CN112717953A (zh) 一种碳基固体酸催化剂和制备方法及其应用于生物质水热转化的方法
CN111359663A (zh) 一种基于有机金属骨架UiO-66的催化剂在纤维素水解中的应用
CN102627532A (zh) 一种海藻酸铜的应用
Wang et al. Effective saccharification of holocellulose over multifunctional sulfonated char with fused ring structures under microwave irradiation
CN107243360A (zh) 木质素磺酸盐基固体酸催化剂及其制备方法和应用
CN103073521B (zh) 橡胶硫化促进剂n‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺(ns)制备方法
CN110156014B (zh) 一种基于烷基化反应制备疏水强酸炭材料的方法及其疏水强酸炭材料
CN106215873B (zh) 一种具有光催化降解作用的吸附材料的制备方法
CN109701638A (zh) 一种催化卤代芳烃物的催化加氢Pd-IL/AC催化剂及其制备方法和应用
CN112495438B (zh) 一种超强纤维负载酸碱双功能催化剂的制备方法
CN110951086B (zh) 一种疏水强酸性MOFs的制备方法
CN108295896B (zh) 一种催化生产烷基化汽油的方法
CN113151859A (zh) 一种铜铟复合催化剂的制备方法与应用
CN105536822B (zh) 一种用于生物柴油的固体酸催化剂的制备方法
CN105536821B (zh) 甲醇高选择性氧化制二甲氧基甲烷的双效催化剂的制备方法
CN104693023B (zh) 一种生物质糖制备乙酰丙酸酯的方法
CN108126731A (zh) 一种用于生物质水解制备乙酰丙酸的固体酸催化剂

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant