CN111841521A - 一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用 - Google Patents
一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111841521A CN111841521A CN202010801660.5A CN202010801660A CN111841521A CN 111841521 A CN111841521 A CN 111841521A CN 202010801660 A CN202010801660 A CN 202010801660A CN 111841521 A CN111841521 A CN 111841521A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cellulose
- hydrothermal
- hydrothermal carbon
- swelling
- temperature
- 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.)
- Pending
Links
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 63
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 230000008961 swelling Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000006317 isomerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 14
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 12
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 8
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N Cellulose, microcrystalline Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 claims description 3
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 3
- 229920000875 Dissolving pulp Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 11
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 abstract description 6
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 abstract description 6
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 3
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- JOOXCMJARBKPKM-UHFFFAOYSA-N 4-oxopentanoic acid Chemical compound CC(=O)CCC(O)=O JOOXCMJARBKPKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N tfa trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F.OC(=O)C(F)(F)F WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethylfurfural Chemical compound OCC1=CC=C(C=O)O1 NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017089 AlO(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- RQMIWLMVTCKXAQ-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[C] Chemical compound [AlH3].[C] RQMIWLMVTCKXAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021502 aluminium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001679 gibbsite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylfurfural Natural products COC1=CC=C(C=O)O1 RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229940040102 levulinic acid Drugs 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/394—Metal dispersion value, e.g. percentage or fraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H3/00—Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
- C07H3/02—Monosaccharides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用。以纤维素为原材料，通过三氟乙酸溶胀预处理实现纤维素结构的调整，与一定的纯净水混合，进行水热炭化处理，通过过滤进行固液分离得到水热炭固体；然后将得到的水热炭固体和氯化铝水溶液进行浸渍处理，然后从室温开始以5℃/min的升温速率升温至300‑700℃温度，并且在氮气氛围下煅烧1h得到水热炭负载铝催化剂。本发明制备的催化剂能够实现微波辅助条件下30min实现26.28％的果糖产率。具有良好的稳定性和催化寿命。显著提高生物质精炼中葡萄糖异构化催化效果。
Description
技术领域
本发明涉及木质纤维综合利用技术领域，尤其涉及一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及其在生物质精炼过程中葡萄糖异构化催化的应用。
背景技术
能源危机和环境污染已经成为世界各国普遍关注的问题，因此寻求一种可再生生物质利用途径已经成为研究的重点。基于可再生生物质转化制备高附加值化学品进行研究，实现生物质高附加值转化具有重要的现实意义。纤维素作为生物质中含量最多的碳水化合物，通过水解所得葡萄糖可制备5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸等高值化学品。在制备这些高值化学品的反应路径中，其中葡萄糖异构化为果糖是实现这一生物质精炼的重要环节。以水热炭为载体负载金属开发用于葡萄糖异构的水热炭基固体催化剂，有利于进一步推进生物精炼制备化学品，可为生物质能源工业过程的高效转化以及解决环境问题和新能源开发开辟新途径。
纤维素在木质纤维素类生物质含量达到35-50％，自然状态下，限制纤维有效转化的因素一方面是木质素和半纤维素紧密包围和缠绕组成网状天然结构，另一方面是纤维素本身具有较高的结晶度。纤维素的晶体结构，导致纤维素在大多数溶剂中不能够溶解。以纤维素为原料，基于水热转化技术实现其转化为功能炭材料并研究水热转化机理已经有大量的报道。但是大量的研究都是基于纤维素原料直接制备水热炭。所制备的水热在功能化和形态结构调控方面存在明显不足。
三氟乙酸(TFA)分子在低温下以环状二聚体的形式侵入纤维素结晶区域，将纤维素转化为非结晶态，在纤维素表面产生数量更多的多孔纤维素结构。甚至在低温条件下，TFA能够有效的扩散侵入纤维素结晶单元，破坏晶体结构。TFA由于其极低的沸点和挥发性优势而容易回收，为打破纤维素结晶区分子间氢键和降低纤维素结晶度提供了有效和经济的途径。利用三氟乙酸溶胀改变纤维结晶对水热炭形态结构进行调控还未有相关报道。
传统纤维素热解炭作为载体存在的炭浸出问题。相比于热解炭，水热过程中亚临界水的参与导致不稳定炭在浸出到水热液体中，同时，水热炭具有尺寸均一，形貌规则，含氧官能团更丰富的特点。水热炭的球形结构更有利于金属铝分散性提高。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用，该方法采用三氟乙酸溶胀调控纤维素，通过浸渍法在水热炭上负载金属铝，制备出球型结构的Al-生物炭催化剂并应用于葡萄糖异构化催化，具有高效的催化效果和选择性，适用于大规模生产和工业化应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法，以纤维素为原材料，通过三氟乙酸溶胀预处理实现纤维素结构的调整，与一定的纯净水混合，进行水热炭化处理，通过过滤进行固液分离得到水热炭固体；然后将得到的水热炭固体和氯化铝水溶液进行浸渍处理，然后从室温开始以5℃/min的升温速率升温至300-700℃温度，并且在氮气氛围下煅烧1h得到水热炭负载铝催化剂。
进一步地，纤维素经过三氟乙酸溶胀预处理，溶胀以纤维素和三氟乙酸的质量体积比为1g:10ml，在0℃条件下进行，并采用真空冷冻干燥实现溶胀纤维素干燥。溶胀后的纤维素与水按照质量比1:10的比例进行水热炭化反应。
进一步地，溶胀预处理在0℃条件下进行，具体为：纤维素和三氟乙酸混合溶解后，置于0℃冰水混合物中保持60min，再加入120ml的乙醇震荡得到纤维素凝胶，然后先用乙醇洗涤过滤纤维素凝胶，洗涤三次，每次使用乙醇20ml，再用去离子水洗涤到中性。
进一步地，水热炭化温度为220-280℃，保温时间4h，转速200r/min。
进一步地，通过过滤进行固液分离得到水热炭固体具体为：将水热炭化处理的产物进行真空抽滤，在105℃鼓风干燥箱中烘干4h，得到水热炭固体。
进一步地，所述浸渍处理条件为在20℃下，以650r/min的转速浸渍搅拌时间8h。然后在105℃鼓风干燥箱中将浸渍的水热炭固体烘干8h。
进一步地，浸渍过程中氯化铝水溶液中Al元素与水热炭固体的质量比例为1:4。
一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂在葡萄糖异构化中应用。
进一步地，在微波辅助催化葡萄糖异构化过程中，以水/丙酮按照1:1的体积比配置反应溶剂。
进一步地，催化反应温度为160℃，在300-700℃煅烧得到的催化剂中，采用300℃煅烧制备的水热炭负载铝催化剂催化产率最高。
本发明的有益效果：
(1)经过三氟乙酸溶胀纤维素在260℃水热条件制备的水热炭表面存在大量的脂肪链分支或者烷基基团，含有更多的支链指数，有益于后期与金属基团的交联结合，为纤维素的高效合成功能性碳材料开辟的新途径。
(2)经过三氟乙酸溶胀调控的水热炭具有更好的三维空间结构和球形特征，水热炭具有尺寸均一，形貌规则，含氧官能团更丰富的特点。而水热炭的球形结构更有利于金属铝分散性提高，制备出一种能够生物质精炼过程中催化葡萄糖异构化的高效炭基催化剂。
(3)水热法制备的炭基催化剂使更多的不稳定炭在水热过程中脱落到水热液体中，解决了炭基催化剂的炭浸出问题。
附图说明
图1为溶胀和未溶胀纤维素水热炭的扫描电镜对比图；
图2为溶胀和未溶胀纤维素水热炭的傅里叶近红外光谱对比图；
图3为水热炭负载Al催化剂制备流程示意图；
图4不同温度煅烧制备的负载铝炭基催化剂的XRD图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
本发明利用溶胀调控纤维素水热炭制备水热炭基铝负载催化剂，应用生物质精炼中果糖的异构化催化。
如图3所示，本发明提供的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用，包括如下步骤：
1)9g纤维素和90ml的三氟乙酸(TFA)在250ml血清瓶中混合溶解，置于0℃冰水混合物中保持60min。再加入120ml的乙醇震荡。先用60ml乙醇洗涤过滤纤维素凝胶(洗涤三次，每次20ml)，再用去离子水洗涤到中性。使用真空冷冻干燥机对溶胀后的纤维素进行冷冻干燥。得到溶胀纤维素。
2)将1g溶胀纤维素和10ml水一同加入25mL的反应釜，升温时间45min，设定水热反应温度为220-280℃，保温时间4h，转速200r/min。不同温度下的通过反应体系中水自身产生的压力分别为22-79Bar。待反应釜自然冷却到室温，对水热固体进行真空抽滤，在105℃鼓风干燥箱中烘干4h，得到水热炭。
3)将1g水热炭浸渍在AlCl3溶液中(20℃，8h，转速650r/min)，反应体系中AlCl3水溶液Al元素的质量相对于水热炭的质量占比为20％。在105℃鼓风干燥箱中将浸渍的水热炭烘干8h。
4)管式炉中对浸渍后的水热炭进行煅烧(实验条件：活化温度从300℃-700℃，升温速率5℃/min，保温时间1h，N2流量为120cm3/min)，制备成负载铝的水热炭。用20mL丙酮对煅烧后的生物炭进行洗涤，然后用去离子水过滤洗涤，并于105℃鼓风干燥箱中烘干4h，得到球形水热炭基负载铝催化剂。
步骤2中水热反应温度为260℃。260℃制备的水热炭具有较好的空间结合和支链指数。
步骤4中300℃低温煅烧下纤维素水热炭能保持球形结构，大部分水热炭微球直径在纳米尺寸级别，同时由于高温和Al3+的作用，会出现部分直径在2μm的水热炭微球。当煅烧温度升高到400℃以上，水热炭微球的形态结构开始遭到不同程度的破坏。
所述的负载铝水热炭在催化葡萄糖异构化为果糖中进行应用，丙酮/水(1:1V/V)为作为反应溶剂体系。
实施案例1
1.纤维素水热炭溶胀调控制备
分别用三氟乙酸溶胀纤维素和未溶胀纤维素作为原料，将1g溶胀后的纤维素和10ml水一同加入25ml的反应釜(Micro Reactor,YZPR-25,Yanzheng,China)，升温时间45min，设定水热反应温度为220℃，240℃，260℃，280℃，保温时间4h，转速200r/min。每组样品做3次平行试验。经测试，不同温度下的通过反应体系中水自身产生的压力分别为22Bar，32Bar，50Bar，79Bar，待反应釜自然冷却到室温，对水热固体进行真空抽滤，将得到的水热炭在105℃烘干4h。得到的水热炭即为催化剂载体。通过扫描电镜(附图1)得到260℃水热条件下经过三氟乙酸溶胀预处理的水热炭具有较好的球形特征和三维空间结构，水热炭表面存在大量的脂肪链分支或者烷基基团，含有更多的支链指数(附图2，图2中a)为未溶胀纤维素制备的水热炭，图2中b)为溶胀纤维素制备的水热炭)。
实施案例2
2.负载铝水热炭催化剂制备
将1g合成的水热炭分别与AlCl3溶液浸渍(20℃，8h，转速650r/min)，反应体系中AlCl3水溶液Al元素的质量相对于水热炭的质量占比为20％，然后在105℃鼓风干燥箱中烘干8h。管式炉(SK-G05123K，中环电炉，天津中环电炉科技有限公司，中国)中对浸渍后的水热炭进行煅烧(实验条件：活化温度从300℃增加到700℃，梯度设置为100℃，升温速率5℃/min，保温时间1h，N2流量为120cm3/min)，制备成负载铝的水热炭。用20mL丙酮对不同温度煅烧下制备的负载铝生物炭进行洗涤，然后用大量去离子水过滤洗涤，并于105℃烘箱中烘干4h。得到的固体产物即为水热炭负载铝催化剂(如图4)。通过XRD测试其表面存在Al2O3、AlO(OH)、Al(OH)3基团。
实施案例3
葡萄糖催化异构转化在微波合成仪(Discover SP，CEM，美国)中进行。以水为溶剂配置5wt./V％的葡萄糖溶液。将5mL 5wt./V％葡萄糖溶液加入到10mL微波反应管中，分别用上述制备好的负载铝的生物炭催化剂去催化葡萄糖异构化，催化剂用量为0.1g；密封好微波反应管，将催化反应体系加热到160℃保温时间20min。保温过程中磁力搅拌。通过高效液相色谱仪对产物进行定量分析，测试结果显示300℃煅烧温度下制备的催化剂的果糖产率最高，为19.5％。
实施案例4
葡萄糖催化异构转化在微波合成仪(Discover SP，CEM，美国)中进行。以丙酮和水按照1:1的比例作为反应介质溶剂配置5wt./V％的葡萄糖溶液。将5mL 5wt./V％葡萄糖溶液加入到10mL微波反应管中，用300℃煅烧温度下制备的催化剂去催化葡萄糖异构化，催化剂用量为0.1g；密封好微波反应管，将催化反应体系加热到160℃保温时间5min，20min，30min。保温过程中磁力搅拌。通过高效液相色谱仪对产物进行定量分析，测试结果显示果糖产率分别为12.38％、24.44％、26.28％。
上述实施案例仅用来进一步说明本发明的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用，但是本发明不局限于实施案例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的简单修改、等同变化和修饰，均归属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法，其特征在于：以纤维素为原材料，通过三氟乙酸溶胀预处理实现纤维素结构的调整，与一定的纯净水混合，进行水热炭化处理，通过过滤进行固液分离得到水热炭固体；然后将得到的水热炭固体和氯化铝水溶液进行浸渍处理，然后从室温开始以5℃/min的升温速率升温至300-700℃温度，并且在氮气氛围下煅烧1h得到水热炭负载铝催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭的制备方法，其特征在于：纤维素经过三氟乙酸溶胀预处理，溶胀以纤维素和三氟乙酸的质量体积比为1g:10ml，在0℃条件下进行，并采用真空冷冻干燥实现溶胀纤维素干燥。溶胀后的纤维素与水按照质量比1:10的比例进行水热炭化反应。
3.根据权利要求1所述的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭的制备方法，其特征在于：溶胀预处理在0℃条件下进行，具体为：纤维素和三氟乙酸混合溶解后，置于0℃冰水混合物中保持60min，再加入120ml的乙醇震荡得到纤维素凝胶，然后先用乙醇洗涤过滤纤维素凝胶，洗涤三次，每次使用乙醇20ml，再用去离子水洗涤到中性。
4.根据权利要求1所述的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭的制备方法，其特征在于：水热炭化温度为220-280℃，保温时间4h，转速200r/min。
5.根据权利要求1所述的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭的制备方法，其特征在于：通过过滤进行固液分离得到水热炭固体具体为：将水热炭化处理的产物进行真空抽滤，在105℃鼓风干燥箱中烘干4h，得到水热炭固体。
6.根据权利要求1所述的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭的制备方法，其特征在于：所述浸渍处理条件为在20℃下，以650r/min的转速浸渍搅拌时间8h。然后在105℃鼓风干燥箱中将浸渍的水热炭固体烘干8h。
7.根据权利要求1所述的一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭的制备方法，其特征在于：浸渍过程中氯化铝水溶液中Al元素与水热炭固体的质量比例为1:4。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述方法制备的水热炭负载铝催化剂在葡萄糖异构化中应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：在微波辅助催化葡萄糖异构化过程中，以水/丙酮按照1:1的体积比配置反应溶剂。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：催化反应温度为160℃，在300-700℃煅烧得到的催化剂中，采用300℃煅烧制备的水热炭负载铝催化剂催化产率最高。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010801660.5A CN111841521A (zh) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | 一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010801660.5A CN111841521A (zh) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | 一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111841521A true CN111841521A (zh) | 2020-10-30 |
Family
ID=72972441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010801660.5A Pending CN111841521A (zh) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | 一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111841521A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115970670A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-04-18 | 中南大学 | 炭基载氧化铝及其制备方法、在降解cf4中的应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104628793A (zh) * | 2015-02-16 | 2015-05-20 | 大连大学 | 一种在甘油溶剂中将葡萄糖异构化为果糖的方法 |
| CN106336437A (zh) * | 2016-08-18 | 2017-01-18 | 安徽师范大学 | 由葡萄糖制取果糖的方法 |
-
2020
- 2020-08-11 CN CN202010801660.5A patent/CN111841521A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104628793A (zh) * | 2015-02-16 | 2015-05-20 | 大连大学 | 一种在甘油溶剂中将葡萄糖异构化为果糖的方法 |
| CN106336437A (zh) * | 2016-08-18 | 2017-01-18 | 安徽师范大学 | 由葡萄糖制取果糖的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JIANGLONG LIU ET AL: "Effect of Swelling Pretreatment on Properties of Cellulose-Based Hydrochar", 《ACS SUSTAINABLE CHEM. ENG.》 * |
| KUICHUAN SHENG ET AL: "Hydrothermal carbonization of cellulose and xylan into hydrochars and application on glucose isomerization", 《JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION》 * |
| SHEN ZHANG ET AL: "Green synthesis of aluminum-hydrochar for the selective isomerization of glucose to fructose", 《SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115970670A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-04-18 | 中南大学 | 炭基载氧化铝及其制备方法、在降解cf4中的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sheng et al. | Hydrothermal carbonization of cellulose and xylan into hydrochars and application on glucose isomerization | |
| CN108455597A (zh) | 一种以棉籽壳为原料制备氮掺杂多孔碳的方法及应用 | |
| Xu et al. | Catalytic pyrolysis and liquefaction behavior of microalgae for bio-oil production | |
| CN111395025B (zh) | 一种木质纤维素生物质综合利用方法 | |
| CN102583311A (zh) | 一种利用农林废弃物制备生物质炭的方法 | |
| Yang et al. | Efficient catalytic conversion of corn stover to furfural and 5-hydromethylfurfural using glucosamine hydrochloride derived carbon solid acid in Ƴ-valerolactone | |
| WO2018227842A1 (zh) | 一种用于生产富芳烃生物燃油的催化剂及其制备方法 | |
| CN110586131A (zh) | 一种磺化椰壳活性炭固体酸催化剂的制备方法 | |
| Ding et al. | Effects of process water recirculation on yields and quality of hydrochar from hydrothermal carbonization process of rice husk | |
| Peng et al. | In-depth comparison of morphology, microstructure, and pathway of char derived from sewage sludge and relevant model compounds | |
| CN111841521A (zh) | 一种基于溶胀调控的纤维素基水热炭负载铝催化剂的制备方法及应用 | |
| CN110639604A (zh) | 一种黑液木质素氢解催化剂及其制备方法与应用 | |
| Li et al. | Selective hydrolysis of hemicellulose component of wheat straw in high‐pressure CO2 and water with low concentration of acetic acid | |
| CN115845799A (zh) | 一种低温-碱-水热生物炭的制备方法 | |
| Shen et al. | Structure evolution characteristic of hydrochar and nitrogen transformation mechanism during co-hydrothermal carbonization process of microalgae and biomass | |
| Yang et al. | Boosting production of useful chemicals and micro-mesopores biochar from in situ catalytic pyrolysis of cellulose with red mud | |
| Xu et al. | Efficient conversion of biomass derivatives to furfural with a novel carbon-based solid acid catalyst | |
| KR101536623B1 (ko) | 술폰산기(-so3h)가 도입된 산점을 포함한 정렬된 구조의 중형기공성탄소에 담지된 귀금속 촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 리그닌 모델 화합물 분해 방법 | |
| CN112195036A (zh) | 一种利用海藻炭提质生物油制备生物柴油的方法 | |
| CN112138644B (zh) | 一种生物质基水热炭负载纳米铝催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN111908443A (zh) | 一种自掺杂多孔碳的制备方法 | |
| CN116376099A (zh) | 一种单向海藻酸钠-纤维素纤维气凝胶及其制备方法 | |
| CN111359602B (zh) | 一种固体酸催化剂、泡沫结构碳材料及制备方法 | |
| CN115304565A (zh) | 利用多孔碳基固体酸催化制备5-乙氧基甲基糠醛的方法 | |
| CN114426275A (zh) | 一种利用中药渣制备超级活性炭的方法及其产品和应用 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201030 |