[发明专利]一种可回收磁性固体酸催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨材料技术领域，具体涉及一种可回收磁性固体酸催化剂的制备方法。 

背景技术

石墨是一种重要的碳材料，具有很多独特的性质，如耐高温；导电导热性好，其导电性比一般非金属高一百倍，同时其导热性也超过钢、铁等金属材料；常温下化学稳定性良好，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀；且具有良好的润滑性和可塑性等。因此石墨在冶金、电器和机械等工业有极大地应用，此外石墨还是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料，同时石墨碳一直是一种理想的金属载体材料，被广泛应用于各种催化剂的制备。随着现代科学技术的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，如近年来氮磷等杂原子掺杂的石墨碳被证实本身具有氧还原催化活性，可用作燃料电池阴极催化剂，可以预见石墨等碳材料在国民经济的发展中将起到越来越重要的作用。 

固体酸是酸碱催化剂中的一类重要催化剂，催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位，固体酸催化剂一般廉价易得、不污染环境、易于回收、可重复利用、且催化反应中条件温和、收率和选择性高，这些固体酸独特性，是一般液体催化剂所不具备的，所以近年来固体酸催化剂作为有效的催化剂被广泛应用于各种有机反应。 

利用浓硫酸在碳材料上引入磺酸基制备虽说是很常见的一种方法，但采用化学气相沉积法制备磁性石墨磁芯并在磁芯表面包裹石墨碳，且利用浓硫酸在包裹着磁性石墨磁芯的石墨碳上引入磺酸基制备可回收磁性固体酸催化剂，目前尚无报道。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可回收磁性固体酸催化剂的制备方法，增加石墨碳在催化领域的应用，拓宽石墨材料的应用。 

技术方案：本发明的可回收磁性固体酸催化剂的制备方法，包括下述步骤： 

a、将一洁净石英舟放入石英管中部，并将石英管放入管式炉中，在氩气惰性气体的保护下加热，使石英管温度升高至反应温度； 

b、在容器瓶中加入甲苯5～10mL和二茂铁粉剂100～750mg，振荡，待二茂铁粉剂完全溶解后，将混合溶液转装入注射器中并安放在微量注射泵上，在氩气保护下，通过微量注射泵将混合溶液注入石英管内，溶液气化后被氩气带到石英管中部的高温区，甲苯和二茂铁发生分解，在石英舟上开始生成磁性石墨磁芯； 

c、待甲苯和二茂铁混合溶液完全注入石英管中后，温度不变，将注射器中的混合溶液换 成5～10mL甲苯，通过微量注射泵注入石英管内，加热分解甲苯，甲苯分解产生的碳原子在磁性石墨磁芯表面上逐渐沉积，待甲苯完全泵入石英管后停止加热，在氩气保护下将石英舟冷却到室温，取出石英舟中样品，得到磁性石墨材料； 

d、将磁性石墨材料放入烧瓶中，加入含量为98%的发烟硫酸20mL，在温度为120℃的氩气保护下磺化12小时，冷却至室温后洗涤至中性，在真空干燥箱中干燥。 

所述石英管温度升高的反应温度为900～1200℃。 

所述氩气惰性气体的流速为0.3～0.6L/min。 

所述步骤b中微量注射泵的流速为2～3mL/h。 

所述氩气的流速为0.1～0.4L/min。 

所述步骤c中微量注射泵的流速为1～1.6mL/h。 

有益效果：本发明以石英舟为基底采用化学气相沉积法和浓硫酸磺化法来制备可回收磁性固体酸催化剂，具有如下优点： 

（1）采用二茂铁分解提供磁性铁，采用甲苯分解提供石墨碳，通过控制二茂铁在甲苯中的含量可以成功控制可回收磁性石墨磁芯中铁的含量，从而有效调变石墨磁芯的磁性； 

（2）制备的可回收磁性石墨磁芯，由于采用较高温度下直接分解反应物，且分解后的原子在石英片表面直接生成，所用时间短，所制备的可回收磁性石墨磁芯的速度快。 

（3）在可回收磁性石墨磁芯上包裹一层石墨碳制备可回收磁性石墨材料的方法简单，操作可控性强。 

（4）制备可回收磁性石墨材料时无需任何催化剂，且浓硫酸磺化时，石墨磁芯中磁性铁不会被溶解，磁性不会减弱。 

附图说明)

图1(a)为与本发明可回收磁性固体酸催化剂在水中外加磁铁吸引前的示意图。 

图1(b)为与本发明可回收磁性固体酸催化剂在水中外加磁铁吸引后的示意图。 

图2(a)为与本发明可回收磁性固体酸催化剂的扫描电镜显示图。 

图2(b)为本发明可回收磁性固体酸催化剂的能谱EDS元素分析图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：