[发明专利]一种由苯甲醇制备炭基固体磺酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由苯甲醇制备炭基固体磺酸的方法，属于制备固体酸的技术领域。

背景技术

2004年，Hara等人(Angrew.Chem.，Int.Ed.，2004，43(22)：2955-2958)利用硫酸在200℃-300℃对萘进行部分磺化和碳化，合成了含有磺酸基团的炭基固体磺酸，提出了炭基固体磺酸的概念。2005年Toda等(Nature，2005(438)：178)介绍了利用葡萄糖和蔗糖在低温下先进行不完全碳化，然后通过硫酸磺化引进磺酸基团，得到了基于生物质材料的炭基固体磺酸，它的催化活性等同于硫酸，Toda等还将其应用于生物柴油的合成，从而引起了化学工作者对炭基固体磺酸催化剂的研究兴趣。之后，许多基于上述制备思路，选用不同原料的制备方法相继报道，其制备原料分别有葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、小米、木粉、稻草、椰壳和糠醛等。

另一方面，苯甲醇是一种含碳量较高的有机物，其结构中含有苯环，可以在浓硫酸存在下进行磺化反应。我们发现在浓硫酸存在下，苯甲醇不仅能进行磺化，而且在适当的温度下还容易进行部分碳化，得到一种以炭为基体的、含有磺酸基团的、既耐水又耐有机溶剂的新型酸性材料，它可以被应用到许多化学化工需要酸催化的反应中。由苯甲醇制备炭基固体酸性材料的研究还未见报道。

发明内容

本发明所述的技术问题是，提供一种由苯甲醇制备炭基固体磺酸的方法。本发明提供的方法为：将苯甲醇与浓硫酸混合，加热搅拌，进行部分碳化，对得到的固体物，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。该制备方法具有操作简单、得到的炭基固体磺酸酸密度高和便于工业化实施等特点，为苯甲醇的开发利用提供了一种新方法和新途径。

本发明解决所述制备炭基固体磺酸技术问题的技术方案是，设计一种由苯甲醇制备炭基固体磺酸的方法，该制备方法适用于本发明所述的炭基固体磺酸，具体工艺为：将苯甲醇与浓硫酸按摩尔比为1∶1～1∶6混合，加热搅拌，保持温度160-240℃，反应0.3～2小时后，部分碳化，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。

与现有技术的炭基固体磺酸制备方法相比，本发明提供的是一种新型的制备方法。使用的原料为苯甲醇，使用浓硫酸起到促使苯甲醇脱水、烷基化、聚合、磺化和部分碳化反应的作用。制备工艺简单，反应时间短，得到的炭基固体磺酸酸密度高，适宜大规模的开发和生产。

具体实施方式

下面结合实施例进一步叙述本发明。具体实施例不限制本发明的权利要求。

本发明所述炭基固体磺酸制备方法技术方案是，采用苯甲醇与浓硫酸制备炭基固体磺酸，该制备方法适用于本发明所述的炭基固体磺酸，具体工艺为：将苯甲醇滴加在浓硫酸中，以苯甲醇为基准物，使用苯甲醇摩尔数1～3倍质量的浓硫酸，加热搅拌，保持温度180～220℃，分离生成的水，反应40分钟到1小时后，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。

本发明所述的得到的炭基固体磺酸酸密度高，最高酸值可达1.5mmol/g左右。在申请人检索的范围内，未见有使用该方法制备炭基固体磺酸的文献报道。又由于本发明所述的炭基固体磺酸采用市场上易于得到的苯甲醇为合成原料，具有易于工业化和实际应用的优势。同时为苯甲醇的开发和利用提供了一种新的途径。

本发明未述及之处适用于现有技术。

实施例1：

把10.8g苯甲醇在搅拌下滴加10ml 98％硫酸。反应自动升温，之后升温至180℃，加热部分碳化1小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸11.2g，酸密度1.38mmol/g。

实施例2：

把10.8g苯甲醇在搅拌下滴加10ml 98％硫酸。反应自动升温，之后升温至200℃，加热部分碳化0.5小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸10.2g，酸密度1.52mmol/g。

实施例3：

把10.8g苯甲醇在搅拌下滴加15ml 98％硫酸。反应自动升温，之后升温至220℃，加热部分碳化0.3小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸10.7g，酸密度1.48mmol/g。