[发明专利]一种磁性生物质固体催化剂及其制备和应用

说明书

本发明属于固体酸催化剂生产技术领域，具体涉及一种磁性生物质基固体酸催化剂及其制备和应用。制备方法包括如下步骤：1)将生物质原料进行粉碎，与NaCl粉末混合，球磨，将球磨后的物料添加到FeCl₃水溶液中，得待处理物料；2)使所述待处理物料在温度180‑200℃的条件下进行水热反应，将反应得到的物料进行烘干；3)将烘干后的物料在N₂气氛下进行碳化，碳化完毕后洗涤去除材料中的NaCl得到磁性生物质基碳材料；4)对所述磁性生物质基碳材料进行磺化。本发明所述的催化剂以生物质水解产物为原料，所制备的固体酸催化剂水热稳定性高，而且可通过磁铁吸附实现重复利用。

技术领域

本发明属于固体酸催化剂生产技术领域，具体涉及一种磁性生物质基固体酸催化剂及其制备和应用。

背景技术

石油基不可再生资源的日渐枯竭，人类将目光转向可再生能源的开发和利用。生物质以其可再生性、环境友好性、资源丰富性等特点成为解决能源问题、环境问题的重要资源。

糠醛，是一种重要的化工中间体，可通过化学反应合成多种有机物，有效替代石油基产品，目前糠醛广泛用于化工合成、医药、农药等行业。糠醛的生产多以农林副产品为原料，通过聚戊糖水解生成戊糖，戊糖再脱水生成糠醛制备而来。在糠醛的生产工艺中，主要存在糠醛产率低、催化剂对反应设备腐蚀严重及废弃物处理环境压力大等问题。目前，用于糠醛生产的催化剂主要有无机酸催化剂、有机酸催化剂、固体酸催化剂等。现行的固体酸催化剂主要有金属氧化物、大孔树脂、沸石分子筛等，虽然催化效果显著，但其制作成本高、工艺复杂，限制了其工业化的发展。制备一种糠醛产率高，对糠醛生产设备腐蚀性小、易于回收利用且循环性能优良的催化剂成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明一方面提供一种磁性生物质固体催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将生物质原料进行粉碎，与NaCl粉末混合，球磨，将球磨后的物料添加到FeCl₃水溶液中，得待处理物料；

2)使所述待处理物料在温度180-200℃的条件下进行水热反应，将反应得到的物料进行烘干；

3)将烘干后的物料在N₂气氛下进行碳化，碳化完毕后洗涤去除材料中的NaCl得到磁性生物质基碳材料；

4)对所述磁性生物质基碳材料进行磺化。

本发明拟通过在催化剂中添加铁实现催化剂方便从反应体系中分离，但是实现在加铁的情况下保证催化剂良好的催化活性以及实现铁在催化剂基材上的稳定附着是需要解决的技术难题。本发明通过上述方法可以解决该技术难题，得到一种催化活性高，稳定性好，可重复利用的催化剂。

优选的，还包括添加助剂硝酸镧对磁性生物质基碳材料进行改性的操作。添加硝酸镧可进一步提高材料的催化活性。

优选的，所述步骤4)具体为，将所述磁性生物质基碳材料、磺化剂和硝酸镧混合后在80-140℃下反应13-19h。

优选的，所述步骤1)中生物质为杨木或玉米芯中的一种或两种；

优选的，所述步骤1)中所述的生物质粉碎前进行脱蜡处理。脱除生物质中蜡质后，有利于半纤维素水解。

优选的，将所述生物质粉碎至40～60目。

优选的，所述生物质与所述NaCl的质量比为1：(1-3)。NaCl浓度在上述范围内，球磨对生物质三大素的分离效果更好，水解过程中体系pH降低，Cl^-切断低聚糖间的氢键，单糖产率更高。

优选的，所述FeCl₃水溶液中FeCl₃的浓度为9-11mol/L。FeCl₃浓度在上述范围内，后续碳材料的磁性会更理想。