[发明专利]一种基于负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂的磺化纤维素减水剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂的磺化纤维素减水剂及其制备方法，包括以下步骤：将纳米二氧化硅微球与碳源溶液混合，升温去除溶剂，升温碳化，除硅，得到多孔碳载体；然后将多孔碳载体经升温磺化处理得到多孔碳磺酸载体；再将多孔碳磺酸载体先后置于二氯化锡溶液和三价铁溶液中，保持体系为酸性，反应，旋干，高温煅烧，得到负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂；最后将含活化的微纳米纤维素浆的二氯甲烷置于间歇反应釜中，加入负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂，在快速搅拌和快速升温下预磺化处理，然后通入磺化剂，在高速搅拌和缓慢升温下保温反应，反应停止后迅速降至室温，得到基于负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂的磺化纤维素减水剂。

技术领域

本发明属于磺化减水剂材料技术领域，具体涉及一种基于负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂的磺化纤维素减水剂及其制备方法。

背景技术

纤维素是由很多D-吡喃葡萄糖彼此以β-(1-4)苷键连接而成的线型巨分子，纤维素分子链上存在大量的羟基，具有易于发生化学反应、易于改性利用等特性，可将能与材料表面作用的离子基团引入到纤维素分子链上，制备得到磺化纤维素减水剂。磺化反应是一种向有机分子中引入磺酸基或磺酰氯基的反应过程，磺化反应可分为直接磺化核间接磺化，其中磺化剂有浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫、氯磺酸、二氧化硫加氯气、二氧化硫加氧气和亚硫酸钠等，而且磺化反应较为复杂，需经历先吸热，然后再大量放热，之后平稳反应的过程，因此反应过程中各控制温度都对最终产品的质量和性能有很大的影响。

中国专利CN1126260公开的磺化纤维素及其制备方法，在约20℃ -55℃和约3.0-4.6的pH值下，用偏高碘酸钠/仲高碘酸钠/高碘酸/ 次氯酸钠/过氧化氢/臭氧/重铬酸钾/高锰酸钾/亚氯酸钠氧化剂氧化纤维素纤维，形成醛基纤维素,用水洗涤纤维素纤维,然后用亚硫酸氢钠作为磺化剂，在约25℃-90℃和约3-4.5的pH值下，磺化该氧化的纤维素，形成磺基取代度为约0.01-0.1的磺化纤维素。中国专利CN105985043A公开的生物基硫酸酯/磺酸盐作为高效减水剂生产新工艺，以小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物的秸秆或木材加工剩余物或本色浆或回收废纸浆料植物粗加工原料或本色浆作为原料，1，2-二氯乙烷中，在10-25℃下搅拌，加入溶有SO3的1，2-二氯乙烷溶液，在20-35℃下反应1-6小时后，过滤除去溶剂，将固体缓慢加入低温冷却的碱性水溶性液中，进行酸碱中和至pH为7-9，可以获得磺化度1左右的纤维素硫酸酯/磺酸盐水溶液和无反应的原料固体，该磺化度1左右的纤维素硫酸酯/磺酸盐水溶液可直接用作减水剂，或者与现有减水剂如聚羧酸系、萘系、磺化木质素减水剂复配提升效果。由上述现有技术可知，以不同结晶度的纤维素作为原料，经不同的磺化剂的作用，可制备得到不同磺化度的磺化纤维素减水剂，但是目前针对精确控温制备磺化纤维素减水剂方面的研究并不多见。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂的磺化纤维素减水剂及其制备方法，本发明将多孔碳材料经磺化反应制备的多孔碳磺酸作为载体，表面沉积单质锡，不仅提高了催化剂的催化活性，还使催化剂具有一定的相变和磺化作用，有利于保持纤维素磺酸过程温度的稳定性，并与间歇反应釜联合作用，提高磺化纤维素的磺化率，继而提高减水剂的性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于负载单质锡的多孔碳磺酸催化剂的磺化纤维素减水剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米二氧化硅微球浸渍于碳源溶液中，在室温下搅拌均匀后，升温去除溶剂，通入惰性气体，继续升温碳化，取出，除硅，研磨干燥，得到多孔碳载体；

(2)将步骤(1)制备的多孔碳载体加入加入磺化剂，升温磺化，稀释过滤，得到多孔碳磺酸载体；