一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑的制備方法，屬于碳基固體酸催化劑領(lǐng)域。本發(fā)明取核桃殼進(jìn)行酸、堿改性后研磨成粉，將硫酸亞鐵、硝酸鐵和核桃殼粉混合反應(yīng)得磁性生物質(zhì)基體，再將磁性生物質(zhì)基體用二氧化硅進(jìn)行表面包覆得到催化劑前驅(qū)體，再通過炭化、磺酸化反應(yīng)、洗滌干燥即可，本發(fā)明將磁性生物質(zhì)基體經(jīng)二氧化硅包覆后，促進(jìn)磁性粒子在水溶液中的分散性和熱穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生團(tuán)聚，同時(shí)提高了催化劑的活性，不易被氧化，保持磁性時(shí)間長(zhǎng)，重復(fù)利用率高，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【專利說(shuō)明】
一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑的制備方法，屬于碳基固體酸催化劑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來(lái)人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和綠色化學(xué)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展，開發(fā)環(huán)境友好型固體酸催化劑越來(lái)越受到廣大科學(xué)研究者們的重視具備高催化活性、高選擇性、反應(yīng)條件溫和、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)的固體催化劑在環(huán)境、化學(xué)、制藥等工業(yè)中具有越來(lái)越明顯的優(yōu)勢(shì)。尤其是雙功能復(fù)合型固體酸催化劑呈現(xiàn)出許多不同于常規(guī)固體酸的優(yōu)異性能，特別是在催化活性方面和高比表面積等方面。其在環(huán)境、能源、材料、化學(xué)、制藥、軍事等領(lǐng)域也展示了廣闊的應(yīng)用前景。因此，磁性核殼型材料在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用成為人們關(guān)注的重要領(lǐng)域之一。目前，磁性固體酸催化劑主要應(yīng)用于固體酸催化、相變轉(zhuǎn)移催化、光催化、生物催化等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑中的磁性組分，由于磁性粒子的粒徑小，導(dǎo)致其表面具有較大的比表面積和很高的表面活性，從而易團(tuán)聚，分散性降低，同時(shí)化學(xué)活性又很高，易被氧化，導(dǎo)致體系的磁性降低的問題，提供了一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑的制備方法，本發(fā)明取核桃殼進(jìn)行酸、堿改性后研磨成粉，將硫酸亞鐵、硝酸鐵和核桃殼粉混合反應(yīng)得磁性生物質(zhì)基體，再將磁性生物質(zhì)基體用二氧化硅進(jìn)行表面包覆得到催化劑前驅(qū)體，再通過炭化、磺酸化反應(yīng)、洗滌干燥即可，本發(fā)明將磁性生物質(zhì)基體經(jīng)二氧化硅包覆后，促進(jìn)磁性粒子在水溶液中的分散性和熱穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生團(tuán)聚，同時(shí)提高了催化劑的活性，不易被氧化，保持磁性時(shí)間長(zhǎng)，重復(fù)利用率高，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
1.(I)稱取400?500g核桃殼倒入5L燒杯中，向燒杯中加入適量蒸餾水將核桃殼完全浸沒為止，再將燒杯移入超聲振蕩儀，以100?200W功率超聲洗滌20?30min，去除核桃殼表面浮塵，最后放入烘箱干燥，得到潔凈的核桃殼；
2.(2)將上述洗凈后的核桃殼放入氣流粉碎機(jī)先粉碎成粒徑小于5mm的核桃碎塊，將碎塊分別用濃度為0.5mo I/L硫酸和0.3mo I/L燒堿浸泡I?2h，浸泡結(jié)束再用去離子水沖洗碎塊直至淋洗液呈中性為止，再將酸堿改性后的核桃殼碎塊放入剛玉研缽，研磨成粉；
3.(3)在帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入100?2001^濃度為0.211101/1硫酸亞鐵和200?300mL濃度為0.3mol/L硝酸鐵溶液，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌狀態(tài)下加入10?15g上述研磨后的核桃殼粉，水浴加熱升溫至45?50 °C后加入30?50mL質(zhì)量濃度為10%的氨水，靜置陳化10?20min后過濾分離得到沉淀物；
4.(4)將上述沉淀物放入烘箱，在105?110°C下干燥5?6h，干燥后繼續(xù)放入瑪瑙研缽中，加入沉淀物總質(zhì)量30?40%的桃膠和5?15%的可溶性淀粉，繼續(xù)研磨20?30min，得到自制磁性生物質(zhì)基體；
5.(5)稱取8?1g上述自制磁性生物質(zhì)基體加入到350?450mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液中，放入超聲分散儀，以100?150W功率超聲分散20?30min后移入帶有攪拌器的IL錐形瓶中，加入100?150mL質(zhì)量濃度為10%正硅酸乙酯乙醇溶液，啟動(dòng)攪拌器攪拌反應(yīng)10?12h后過濾分離得到催化劑前驅(qū)體；
6.(6)將上述得到的催化劑前驅(qū)體放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10°C/min速率程序升溫至400?500°C，保溫炭化2?3h，將炭化后的催化劑前驅(qū)體和質(zhì)量濃度90%濃硫酸按固液比1:10進(jìn)行混合后放入IL反應(yīng)釜中，在150?200°C下磺酸化反應(yīng)I?2h，再用75?85°C熱水洗滌直至淋洗液呈中性，最后經(jīng)真空干燥器干燥后即得一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑。
[0005]本發(fā)明的應(yīng)用的方法:本發(fā)明制得的易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑可以應(yīng)用在催化反應(yīng)中，催化劑化學(xué)穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用，同時(shí)又因具有磁性能夠快速完全的與反應(yīng)體系分離，后處理簡(jiǎn)單。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明將磁性生物質(zhì)基體經(jīng)二氧化硅包覆，可提高磁性粒子在水溶液中的分散性和熱穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生團(tuán)聚；
(2)本發(fā)明制備的催化劑活性高，不易被氧化，保持磁性時(shí)間長(zhǎng)，重復(fù)利用率高，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0007]首先稱取400?500g核桃殼倒入5L燒杯中，向燒杯中加入適量蒸餾水將核桃殼完全浸沒為止，再將燒杯移入超聲振蕩儀，以100?200W功率超聲洗滌20?30min，去除核桃殼表面浮塵，最后放入烘箱干燥，得到潔凈的核桃殼;將洗凈后的核桃殼放入氣流粉碎機(jī)先粉碎成粒徑小于5_的核桃碎塊，將碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸和0.3mol/L燒堿浸泡I?2h，浸泡結(jié)束再用去離子水沖洗碎塊直至淋洗液呈中性為止，再將酸堿改性后的核桃殼碎塊放入剛玉研缽，研磨成粉;在帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入100?200mL濃度為
0.2mol/L硫酸亞鐵和200?300mL濃度為0.3mol/L硝酸鐵溶液，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌狀態(tài)下加入10?15g研磨后的核桃殼粉，水浴加熱升溫至45?50 °C后加入30?50mL質(zhì)量濃度為10%的氨水，靜置陳化10?20min后過濾分離得到沉淀物;將沉淀物放入烘箱，在105?110°C下干燥5?6h，干燥后繼續(xù)放入瑪瑙研缽中，加入沉淀物總質(zhì)量30?40%的桃膠和5?15%的可溶性淀粉，繼續(xù)研磨20?30min，得到自制磁性生物質(zhì)基體;稱取8?1g自制磁性生物質(zhì)基體加入到350?450mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液中，放入超聲分散儀，以100?150W功率超聲分散20?30min后移入帶有攪拌器的IL錐形瓶中，加入100?150mL質(zhì)量濃度為10%正硅酸乙酯乙醇溶液，啟動(dòng)攪拌器攪拌反應(yīng)10?12h后過濾分離得到催化劑前驅(qū)體；將得到的催化劑前驅(qū)體放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10°C/min速率程序升溫至400?5000C，保溫炭化2?3h，將炭化后的催化劑前驅(qū)體和質(zhì)量濃度90%濃硫酸按固液比1:10進(jìn)行混合后放入IL反應(yīng)釜中，在150?200°C下磺酸化反應(yīng)I?2h，再用75?85°C熱水洗滌直至淋洗液呈中性，最后經(jīng)真空干燥器干燥后即得一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑。
[0008]實(shí)例I
8.首先稱取400g核桃殼倒入5L燒杯中，向燒杯中加入適量蒸饋水將核桃殼完全浸沒為止，再將燒杯移入超聲振蕩儀，以100W功率超聲洗滌20min，去除核桃殼表面浮塵，最后放入烘箱干燥，得到潔凈的核桃殼;將洗凈后的核桃殼放入氣流粉碎機(jī)先粉碎成粒徑小于5mm的核桃碎塊，將碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸和0.3mol/L燒堿浸泡lh，浸泡結(jié)束再用去離子水沖洗碎塊直至淋洗液呈中性為止，再將酸堿改性后的核桃殼碎塊放入剛玉研缽，研磨成粉;在帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入10mL濃度為0.2mol/L硫酸亞鐵和200mL濃度為0.3mol/L硝酸鐵溶液，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌狀態(tài)下加入1g研磨后的核桃殼粉，水浴加熱升溫至45°C后加入30mL質(zhì)量濃度為10%的氨水，靜置陳化1min后過濾分離得到沉淀物;將沉淀物放入烘箱，在105°C下干燥5h，干燥后繼續(xù)放入瑪瑙研缽中，加入沉淀物總質(zhì)量30%的桃膠和5%的可溶性淀粉，繼續(xù)研磨20min，得到自制磁性生物質(zhì)基體;稱取8g自制磁性生物質(zhì)基體加入到350mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液中，放入超聲分散儀，以100W功率超聲分散20min后移入帶有攪拌器的IL錐形瓶中，加入10mL質(zhì)量濃度為10%正硅酸乙酯乙醇溶液，啟動(dòng)攪拌器攪拌反應(yīng)1h后過濾分離得到催化劑前驅(qū)體;將得到的催化劑前驅(qū)體放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10°C/min速率程序升溫至400°C，保溫炭化2h，將炭化后的催化劑前驅(qū)體和質(zhì)量濃度90%濃硫酸按固液比1:10進(jìn)行混合后放入IL反應(yīng)釜中，在150°C下磺酸化反應(yīng)lh，再用75°C熱水洗滌直至淋洗液呈中性，最后經(jīng)真空干燥器干燥后即得一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑。
[0009]本發(fā)明制得的易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑可以應(yīng)用在催化反應(yīng)中，催化劑化學(xué)穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用，同時(shí)又因具有磁性能夠快速完全的與反應(yīng)體系分離，后處理簡(jiǎn)單。
[0010]實(shí)例2
10.首先稱取450g核桃殼倒入5L燒杯中，向燒杯中加入適量蒸餾水將核桃殼完全浸沒為止，再將燒杯移入超聲振蕩儀，以150W功率超聲洗滌25min，去除核桃殼表面浮塵，最后放入烘箱干燥，得到潔凈的核桃殼;將洗凈后的核桃殼放入氣流粉碎機(jī)先粉碎成粒徑小于5mm的核桃碎塊，將碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸和0.3mol/L燒堿浸泡1.5h，浸泡結(jié)束再用去離子水沖洗碎塊直至淋洗液呈中性為止，再將酸堿改性后的核桃殼碎塊放入剛玉研缽，研磨成粉；在帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入150mL濃度為0.2mol/L硫酸亞鐵和250mL濃度為0.3mol/L硝酸鐵溶液，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌狀態(tài)下加入13g研磨后的核桃殼粉，水浴加熱升溫至48 °C后加入40mL質(zhì)量濃度為10%的氨水，靜置陳化15min后過濾分離得到沉淀物;將沉淀物放入烘箱，在108°C下干燥5.5h，干燥后繼續(xù)放入瑪瑙研缽中，加入沉淀物總質(zhì)量35%的桃膠和10%的可溶性淀粉，繼續(xù)研磨25min，得到自制磁性生物質(zhì)基體;稱取9g自制磁性生物質(zhì)基體加入到400mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液中，放入超聲分散儀，以125W功率超聲分散25min后移入帶有攪拌器的IL錐形瓶中，加入125mL質(zhì)量濃度為10%正硅酸乙酯乙醇溶液，啟動(dòng)攪拌器攪拌反應(yīng)Ilh后過濾分離得到催化劑前驅(qū)體;將得到的催化劑前驅(qū)體放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10°C/min速率程序升溫至450°C，保溫炭化2.5h，將炭化后的催化劑前驅(qū)體和質(zhì)量濃度90%濃硫酸按固液比1:10進(jìn)行混合后放入IL反應(yīng)釜中，在175°C下磺酸化反應(yīng)1.5h，再用80°C熱水洗滌直至淋洗液呈中性，最后經(jīng)真空干燥器干燥后即得一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑。
[0011]本發(fā)明制得的易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑可以應(yīng)用在催化反應(yīng)中，催化劑化學(xué)穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用，同時(shí)又因具有磁性能夠快速完全的與反應(yīng)體系分離，后處理簡(jiǎn)單。
[0012]實(shí)例3
12.首先稱取500g核桃殼倒入5L燒杯中，向燒杯中加入適量蒸餾水將核桃殼完全浸沒為止，再將燒杯移入超聲振蕩儀，以200W功率超聲洗滌30min，去除核桃殼表面浮塵，最后放入烘箱干燥，得到潔凈的核桃殼;將洗凈后的核桃殼放入氣流粉碎機(jī)先粉碎成粒徑小于5mm的核桃碎塊，將碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸和0.3mol/L燒堿浸泡2h，浸泡結(jié)束再用去離子水沖洗碎塊直至淋洗液呈中性為止，再將酸堿改性后的核桃殼碎塊放入剛玉研缽，研磨成粉;在帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入200mL濃度為0.2mol/L硫酸亞鐵和300mL濃度為0.3mol/L硝酸鐵溶液，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌狀態(tài)下加入15g研磨后的核桃殼粉，水浴加熱升溫至50°C后加入50mL質(zhì)量濃度為10%的氨水，靜置陳化20min后過濾分離得到沉淀物;將沉淀物放入烘箱，在110°C下干燥6h，干燥后繼續(xù)放入瑪瑙研缽中，加入沉淀物總質(zhì)量40%的桃膠和15%的可溶性淀粉，繼續(xù)研磨30min，得到自制磁性生物質(zhì)基體;稱取1g自制磁性生物質(zhì)基體加入到450mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液中，放入超聲分散儀，以150W功率超聲分散30min后移入帶有攪拌器的IL錐形瓶中，加入150mL質(zhì)量濃度為10%正硅酸乙酯乙醇溶液，啟動(dòng)攪拌器攪拌反應(yīng)12h后過濾分離得到催化劑前驅(qū)體;將得到的催化劑前驅(qū)體放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10°C/min速率程序升溫至500°C，保溫炭化3h，將炭化后的催化劑前驅(qū)體和質(zhì)量濃度90%濃硫酸按固液比1:10進(jìn)行混合后放入IL反應(yīng)釜中，在200°C下磺酸化反應(yīng)2h，再用85°C熱水洗滌直至淋洗液呈中性，最后經(jīng)真空干燥器干燥后即得一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑。
[0013]本發(fā)明制得的易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑可以應(yīng)用在催化反應(yīng)中，催化劑化學(xué)穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用，同時(shí)又因具有磁性能夠快速完全的與反應(yīng)體系分離，后處理簡(jiǎn)單。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取400?500g核桃殼倒入5L燒杯中，向燒杯中加入適量蒸餾水將核桃殼完全浸沒為止，再將燒杯移入超聲振蕩儀，以100?200W功率超聲洗滌20?30min，去除核桃殼表面浮塵，最后放入烘箱干燥，得到潔凈的核桃殼； (2)將上述洗凈后的核桃殼放入氣流粉碎機(jī)先粉碎成粒徑小于5mm的核桃碎塊，將碎塊分別用濃度為0.5moI/L硫酸和0.3mo I/L燒堿浸泡I?2h，浸泡結(jié)束再用去離子水沖洗碎塊直至淋洗液呈中性為止，再將酸堿改性后的核桃殼碎塊放入剛玉研缽，研磨成粉； (3)在帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入100?200mL濃度為0.2mol/L硫酸亞鐵和200?300mL濃度為0.3mol/L硝酸鐵溶液，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在攪拌狀態(tài)下加入10?15g上述研磨后的核桃殼粉，水浴加熱升溫至45?50°C后加入30?50mL質(zhì)量濃度為10%的氨水，靜置陳化10?20min后過濾分離得到沉淀物； (4)將上述沉淀物放入烘箱，在105?110°C下干燥5?6h，干燥后繼續(xù)放入瑪瑙研缽中，加入沉淀物總質(zhì)量30?40%的桃膠和5?15%的可溶性淀粉，繼續(xù)研磨20?30min，得到自制磁性生物質(zhì)基體； (5)稱取8?1g上述自制磁性生物質(zhì)基體加入到350?450mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液中，放入超聲分散儀，以100?150W功率超聲分散20?30min后移入帶有攪拌器的IL錐形瓶中，加入100?150mL質(zhì)量濃度為10%正硅酸乙酯乙醇溶液，啟動(dòng)攪拌器攪拌反應(yīng)10?12h后過濾分離得到催化劑前驅(qū)體； (6)將上述得到的催化劑前驅(qū)體放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10°C/min速率程序升溫至400?500°C，保溫炭化2?3h，將炭化后的催化劑前驅(qū)體和質(zhì)量濃度90%濃硫酸按固液比1:10進(jìn)行混合后放入IL反應(yīng)釜中，在150?200°C下磺酸化反應(yīng)I?2h，再用75?85°C熱水洗滌直至淋洗液呈中性，最后經(jīng)真空干燥器干燥后即得一種易分散磁性生物質(zhì)碳基固體酸催化劑。
【文檔編號(hào)】B01J27/02GK105879882SQ201610144338
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】葉先龍, 王志慧, 林大偉
【申請(qǐng)人】寧波江東波莫納電子科技有限公司