[发明专利]一种用于5-羟甲基糠醛合成的碳基固体酸催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体酸催化剂，尤其是一种用于5-羟甲基糠醛合成的碳基固体酸催化剂的制备方法。

背景技术

5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural,5-HMF）是多种碳水化合物（如果糖、葡萄糖和蔗糖等）的酸催化反应产物，酸是催化碳水化合物转化生成5-HMF的核心催化剂。传统的酸催化剂大都是一些液体无机酸如HCl、H₂SO₄、HNO₃和H₃PO₄等，这些无机酸不仅催化活性较低，而且还存在着腐蚀设备、难以回收、污染环境等缺点。近年来，金属氯化物尤其是CrCl₂和CrCl₃作为Lewis酸催化剂用于制备5-HMF的研究也有不少报道，虽然CrCl₂和CrCl₃能够有效转化碳水化合物生成5-HMF，但是它较强的毒性和较高的成本也限制了它的大规模应用。

为了克服上述催化剂的不足之处，硫酸化的金属氧化物、H-分子筛、阳离子交换树脂和负载型的杂多酸等固体酸酸催化剂也被人们用于制备5-HMF，但是这些固体酸的制备过程十分繁杂，而且原料大都比较昂贵，远不能达到大规模生产的要求。最近，碳基固体酸越来越被重视，这种新型催化剂通过不完全碳化磺酸基芳烃而得到的多聚结构，可用于多种催化反应（Okamura M,Takagaki A,Toda M,et al.Acid-catalyzed reactions on flexible polycyclic aromatic carbon in amorphous carbon[J].Chem Mater,2006,18(13):3039-3045;Budarin V,Clark J H,Hardy J J E,et al.Starbons:new starch derived mesoporous carbonaceous materials with tunable properties[J].Angewandte Chemie International Edition,2006,45(23):3782-3786;Budarin V L,Clark J H,Luque R,et al.Versatile mesoporous carbonaceous materials for acid catalysis[J].Chem Commun,2007,(6):634-636）。

发明内容

本发明的目的在于提供原料廉价易得、制备工艺简单、环境友好的一种用于5-羟甲基糠醛合成的碳基固体酸催化剂的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将原料放入管式反应炉中，加热，反应过程中通入氮气对反应物进行保护；

2）将碳化后的材料置于反应器中，加入酸，加热反应，反应过程中通入氮气对反应物进行保护；

3）将反应后的混合物用去离子水洗涤，干燥，得用于5-羟甲基糠醛合成的碳基固体酸催化剂。

在步骤1）中，所述原料可选自纤维素、淀粉、葡萄糖、蔗糖等中的至少一种；所述加热的条件可为在350～700℃的温度下加热0.5～3h。

在步骤2）中，所述酸可选自硫酸、发烟硫酸、三氧化硫、对甲苯磺酸等中的一种，所述碳化后的材料与酸的质量比可为1:（5～20）；所述加热反应的条件可为在80～250℃的反应温度下搅拌1～15h。

在步骤3）中，所述干燥的条件可为在60～120℃干燥12～48h。

本发明具有以下优点：

（1）制备工艺简单，易于操作。

（2）制备得到的碳基固体酸催化剂为非均相催化剂，不仅酸密度高、热稳定性好、不腐蚀设备，而且易于分离，可回收重复利用。

（3）制备得到的固体酸催化剂对碳水化合物具有较高的催化活性，5-HMF的得率较高。

附图说明

图1为CSA的X-射线衍射图。横坐标为衍射角（°），纵坐标为衍射强度（a.u.）。

图2为CSA的傅立叶红外光谱图。横坐标为波数（cm^-1），纵坐标为透射率（%）。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1