[发明专利]一种秸秆基炭质固体酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种秸秆基炭质固体酸的制备方法，属于固体酸制备技术领域。

背景技术

鉴于固体酸亦具有酸催化的作用，但对反应设备腐蚀性非常小，且可回收再用，能极大地降低生产成本，也有利于保护环境的特点，这类材料在催化领域具有广阔的应用前景，因而成为发展未来酸催化剂的主要方向。

在各类型的超强固体酸中，如沸石分子筛、离子交换树脂、杂多酸等中，尤以碳基固体酸更受亲睐。因为载体碳具有耐强酸和耐强碱的特点，不易和反应体系的其它组分发生反应而产生干扰等。在已公开的文献中，许多含碳物质如木屑、玉米秸秆、淀粉、棉花等均可以作为制备碳基超强固体酸的原料并应用在不同的反应体系中，但存在的主要问题是表面酸量低，通常为3.0～3.5mmol/g，活性组分因易水解（140℃就发生水解）而失去催化作用，催化效果差，且热稳定性差（软化点温度186℃）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前所使用的固体酸表面酸量低，活性易水解而失去催化作用，使其催化效果差的问题，提供了首先通过对小麦秸秆进行盐水浸泡，去除内部水分，再通过熟化使其膨松，随后通过爆破处理，使孔隙中的气体急剧膨胀，纤维间的粘结性减小，然后通过微生物对其内部初步酸化，使其结合酸性能力增强，再通过与糖类物质混合增加酸性结合度，最后与强硫酸反应，表面磺化，即可制备得秸秆基炭质固体酸，本发明制备的固体酸表面酸量达到3.7～4.3mmol/g，且热稳定性高，温度可达190～195℃，用于催化反应时，催化效果好，可多次使用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）称取2～4kg小麦秸秆，使用清水将其表面冲洗干净，再将冲洗后的秸秆放入粉碎机中进行粉碎，过40目筛，将过筛后所得的颗粒浸泡于质量分数为5％的盐酸溶液中，并向其加入200～300g亚硫酸钠，以150r/min搅拌30～50min后过滤，将过滤物放入烘箱中，于80～90℃下干燥1～2h；

（2）将上述干燥后的过滤物与160～190g的碳酸钠混合均匀后，放入蒸汽爆破罐中，设定压力为0.5～0.8MPa，温度为140～160℃，保持温度8～12min后进行瞬间爆破，然后自然冷却至室温，得爆破处理的小麦秸秆；

（3）将上述经爆破处理的小麦秸秆放入管式炭化炉中，使用氮气吹扫炭化炉1～3min后，设定氮气流速为70～90mL/min，以5℃/min升温至430～480℃，保持温度炭化4～6h后，自然冷却至室温，将冷却至室温的小麦秸秆放入20℃的质量分数为18％的乙醇溶液中浸泡30～50min后过滤，将过滤后的炭化的小麦秸秆放入烘箱中，在90～95℃下干燥5～6h，得秸秆基炭质固体酸基体；

（4）量取沼液放入离心机中以转速900～1100r/min离心分离5～10min，收集上清液，将上述所得的秸秆基炭质固体酸基体浸泡于上清液中，再加入秸秆基炭质固体酸基体质量3～5％的葡萄糖，搅拌均匀后静置3～5h后过滤，收集过滤物放入风干机中风干；

（5）称取800～900g上述风干后的过滤物放入反应釜内，再向其中加入2～4L质量分数为85％的浓硫酸，温度设定为150～190℃，以转速150r/min搅拌磺化4～8h后出料，向出料物中加入1～3L蒸馏水混合均匀后过滤，收集过滤物，使用温度为90℃的蒸馏水冲洗过滤物，直至冲洗液pH至7.0，然后将冲洗后的过滤物放入真空干燥机中，在80～85℃下干燥5～6h，即可得到秸秆基炭质固体酸。

本发明的应用方法：利用本发明制备的秸秆基炭质固体酸作为催化剂应用于催化酯化、缩合和醚化反应中，与等量的浓硫酸做催化剂相比，催化效率提高10～12％，且反应结束后过滤出的催化剂可使用6～7次，活性保持不变。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明制备的固体酸表面酸量达到3.7～4.3mmol/g；

（2）热稳定性高，温度可达190～195℃；

（3）用于催化反应时，催化效果好，可多次使用，同时制备步骤简单，所需成本低。

具体实施方式