核壳型碳基固体酸的制备及其性能研究

来源 :大连工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ltqhan
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作为一种环境友好型催化剂,磁性碳基固体酸催化剂在酯化反应、酯交换反应、水解反应等过程中表现出优异的催化活性及稳定性,且其可利用本身磁性与反应体系进行分离,简化了分离工艺,可以多次重复回收利用,已成为当前催化领域的研究热点。本文以FeCl3.6H2O为铁源,乙二醇为还原剂制备了纳米Fe3O4球,而后以葡萄糖为碳源,羟乙基磺酸为磺化剂,通过碳化—磺化两步法制备得到核壳型磁性碳基固体酸Fe3O4/C-SO3H。采用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、EDS等对催化剂的表观形貌、元素分布、化学结构等进行了表征。为考察所得磁性固体酸催化剂的应用性能,将其用于纤维素水解反应、酯化反应、木聚糖水解反应,具体包括以下内容:(1)通过碳化-磺化两步法制备了核壳型磁性碳基固体酸,优化的制备条件为:碳化温度200℃,碳化时间8 h,m(葡萄糖):V(水)=1:6(g/mL),磺化温度190℃,磺化时间8 h,m(碳化物):m(羟乙基磺酸)=1:2.5,其表面酸量为1.45 mmoL/g。(2)以核壳型磁性固体酸为催化剂催化微晶纤维素水解,以葡萄糖产率为指标,通过单因素实验和正交实验优化了水解反应条件,结果表明:在水解过程中各因素影响纤维素水解的主次顺序是:催化剂与纤维素的质量比>水解温度>水添加量>水解时间;当水解温度200℃,m(微晶纤维素):m(催化剂)=1:1.5,水解时间90 min,m(微晶纤维素):V(水)=1:62.5(g/mL),葡萄糖产率可达43.8%,催化剂可重复利用3次。(3)以核壳型磁性固体酸为催化剂催化油酸与甲醇酯化反应,考察了物料配比、反应温度等因素对油酸酯化率的影响,同时对酸化反应动力学进行研究。结果表明:当酯化温度70℃,酯化时间4 h,醇酸摩尔比为14:1,催化剂量5%(占油酸的质量百分数)时,油酸酯化率可达90.5%。催化剂可重复使用3-4次,油酸酯化率不低于80%。该反应基本符合二级反应动力学方程,指前因子为1.83×109,表观活化能为54.8 KJ/moL。(4)以核壳型磁性固体酸为催化剂催化低聚木糖水解,考察了水解温度、水解时间等因素对木糖及总还原糖产率的影响,结果表明当水解温度180℃,水解时间30 min,物料配比1:1,水添加量15 mL(低聚木糖初始量0.3 g),木糖产率可达56.4%,总还原糖产率75.2%,催化剂重复使用3次。
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