絲瓜絡(luò)炭磺酸催化劑的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、炭基磺酸催化劑是近年來發(fā)展起來的一種新型綠色環(huán)保、催化活性高的固體酸催化劑。其制備方法一般有兩種：一種是將芳基磺酸化合物進(jìn)行不完全碳化處理；另外一種是將不完全炭化的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行磺化處理而得。這些有機(jī)質(zhì)包括葡萄糖、纖維素、淀粉等糖類化合物，還包括用生物廢棄物，如花生殼、玉米秸稈、核桃殼等為最初炭源制備炭基磺酸催化劑，這些催化劑在水解、酯化、酯交換等反應(yīng)中都表現(xiàn)催化效率高、易分離、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　絲瓜絡(luò)中纖維素含量高達(dá)82.4％，

2、充分的纖維素含量可以為炭基磺酸催化劑的制備提供很好的炭源。本文首先采用絲瓜絡(luò)為原料，以濃硫酸為磺酸化試劑，經(jīng)過300℃炭化3h，90℃磺化3h成功制備了絲瓜絡(luò)炭磺酸催化劑，離子交換法以及元素分析測得催化劑酸度為0.867mmol/g。采用多種表征手段對制備的炭磺酸催化劑進(jìn)行了表征分析。掃描電鏡（SEM）顯示出絲瓜絡(luò)纖維經(jīng)炭化、磺化后，棒狀纖維結(jié)構(gòu)散開；比表面積測量可知催化劑為中孔炭材料；X射線衍射儀（XRD）以及Raman譜圖結(jié)果表明所

3、制的絲瓜絡(luò)炭是一種無定形炭結(jié)構(gòu)；傅立葉變換紅外光譜儀（FT－IR）分析表明-SO3H基團(tuán)已經(jīng)成功鍵聯(lián)在所形成的炭基體；熱重－差熱分析儀（TG－DTA）結(jié)果表明催化劑在100℃~200℃之間的熱穩(wěn)定性較好。
　　以木糖水解制備糠醛為探針實(shí)驗(yàn)，通過正交實(shí)驗(yàn)法考察了絲瓜絡(luò)炭磺酸催化劑的催化性能，并且對催化劑的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究?？啡┦章首罴压に嚄l件為：水解反應(yīng)時間2h，水解反應(yīng)溫度200℃，催化劑用量占原料質(zhì)量10%時，糠醛收率可達(dá)到78

4、.69%。催化劑第一次重復(fù)使用后，由于少量-SO3H的脫落使其催化性能有所下降，但隨后的重復(fù)使用，催化劑催化性能穩(wěn)定。此外，對使用過的催化劑進(jìn)行磺化再生，可基本恢復(fù)到新制催化劑的催化性能。
　　采用兩步法對山核桃蒲殼中的糠醛進(jìn)行提取，首先運(yùn)用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)和響應(yīng)面分析方法對山核桃蒲殼中木糖的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，木糖提取的最優(yōu)工藝參數(shù)為：反應(yīng)液固比25:1，水解反應(yīng)時間3h，水解反應(yīng)溫度120℃時，最優(yōu)

5、提取率0.1633g/g，與預(yù)測值0.165609g/g相近。第二步以絲瓜絡(luò)炭磺酸為催化劑催化水解木糖液制備糠醛，通過對山核桃蒲殼中理論糠醛含量的探索，可知以絲瓜絡(luò)炭磺酸作催化劑，糠醛收率可達(dá)到15.74%。并且，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，糠醛收率和絲瓜絡(luò)炭磺酸的酸度成正相關(guān)，催化劑酸度越高，糠醛收率越大，反之糠醛收率下降。
　　采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對絲瓜絡(luò)炭磺酸催化合成環(huán)氧大豆油進(jìn)行了研究，考察了雙氧水用量、甲酸用量、催化劑用量、反應(yīng)溫度