一种疏水强酸性炭材料的制备方法技术

一种疏水强酸性炭材料的制备方法，属于催化材料技术领域。包括以下步骤：(1)使多孔碳材料与氨基磺酸类化合物在氧化剂存在下在酸性的溶剂中发生重氮化反应，接枝磺酸基团，生成强酸性炭材料；(2)使步骤(1)制备的强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺在氧化剂存在下在酸性的溶剂中发生重氮化反应，接枝疏水官能团，生成疏水强酸性炭材料。本发明专利技术制备的催化剂具有超高的疏水性、较高的酸密度和较好的稳定性，且其制备步骤简单，使用廉价易得的多孔炭材料作为载体，设备要求低，易于产业化，可用于多个催化反应，具有广阔的应用前景。

Preparation of a hydrophobic strong acid carbon material

The invention relates to a hydrophobic strong acid carbon material preparation method, which belongs to the catalytic material technology field. It consists of the following steps: (1) diazotization of porous carbon materials with Aminosulfonic compounds in the presence of oxidants in acidic solvents, grafting sulfonic acid groups to form strong acidic carbon materials; (2) preparation of strong acidic carbon materials with tert-butylaniline or n-butylamine in the presence of oxidants in acidic solvents The diazotization reaction is carried out and the hydrophobic functional groups are grafted to form hydrophobic strong acid carbon materials. The catalyst prepared by the invention has super-high hydrophobicity, high acid density and good stability, and the preparation steps are simple, and the porous carbon material which is cheap and easy to obtain is used as the carrier. The catalyst has low equipment requirements and is easy to industrialize, and can be used for multiple catalytic reactions, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种疏水强酸性炭材料的制备方法
本专利技术属于催化材料
，涉及炭材料及其制备方法。
技术介绍
酸催化剂在有机化工中的地位非常重要，是影响反应速率和收率极为关键的因素。酸催化化学反应主要分为均相和非均相催化。在均相催化过程中，液体酸不仅会腐蚀设备，而且其强氧化性、脱水性和磺化能力往往会引发副反应，并能污染环境。固体酸催化剂的非均相催化与均相催化相比的优势：易于与产物分离和催化剂可重复使用；后处理简单，不易腐蚀设备；通过连续流动反应器操作和批量配置可实现效率更高的可持续性发展，减少了有害废液的排放；易储存和处理。尽管固体酸催化剂具备很多优点，但也存在一些缺点：(1)固体酸催化剂的活性还比不上硫酸等液体酸；(2)一般固体酸催化剂稳定性较差，易失活，寿命较短；(3)一般固体酸催化剂比表面积小，反应底物分子不易与酸性位接触，反应活性不高；(4)一般固体酸催化剂疏水亲油性较弱，非极性的有机底物分子不易于酸性位接触，影响反应活性，尤其是在水参与的有机反应中(如酯化反应，果糖脱水反应等)，产物分子极性水易覆盖住催化剂的酸性位，影响反应活性和催化剂循环。廉价易得的固体生物质资源经过成炭工艺很容易得到大比表面积的多孔炭材料。文献GreenChemistry,2007,9:434-437；ChemicalEngineeringJournal,2012,183:104-107；AppliedEnergy,2014,114:819-826；GreenChemistry,2007,9:434-437；BioresourceTechnology,2013,146:767-770等从廉价易得的可持续生物炭(如葡萄糖、稻壳、松木、微藻渣等)进行高温焙烧炭化，再使用H2SO4磺化的方法制备强酸性炭材料的路径获得了广泛的研究。直接磺化法磺酸基团负载量很大，酸性位多，但由于磺酸基团的亲水性，得到的磺化生物炭材料不能直接作为疏水性催化剂使用。因此如何解决以上问题，基于廉价易得炭材料设计合成出酸性强的、酸密度高的、比表面积大的、稳定性好、高活性的疏水性强酸性炭材料是具有重要意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于高比表面积的多孔炭材料合成的新型的高活性和稳定性的疏水强酸性催化剂的制备方法。本专利技术通过以下技术方案实现。本专利技术所述的一种疏水强酸性炭材料的制备方法，按以下步骤：(1)将多孔炭材料与氨基磺酸类化合物按重量比为1:0.5～1:7，氨基磺酸类化合物与催化剂按摩尔比1:1比例预混，加入与多孔炭材料重量比为100：1的溶剂和0.7：1的盐酸，在氧化剂存在的条件下，反应温度50℃～80℃，搅拌反应时间10min，分离、洗涤和干燥，生成强酸性炭材料。(2)将步骤(1)制备的疏水强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺按重量比为1:0.1～1:4，叔丁基苯胺或正丁胺与催化剂按摩尔比1:1比例预混，加入与多孔炭材料重量比为100：1的溶剂和0.35：1的盐酸，在氧化剂存在的条件下，反应温度50℃～80℃，搅拌反应时间10min，分离、洗涤和干燥生成疏水强酸性炭材料。所述氨基磺酸类化合物为氨基磺酸、氨基甲磺酸、氨基丙磺酸、对氨基苯磺酸、4-氨基-1-萘磺酸、8-氨基-1-萘磺酸或1-氨基-2-萘酚-4-磺酸。所述氧化剂为亚硝酸钠或亚硝酸异戊酯，所述溶剂为水或乙醇或两者的混合物。所述多孔炭材料为廉价易得高比表面积的活性炭。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的一种疏水强酸性炭材料，除具有一般固体酸催化剂的优点之外，还具有大的比表面积和疏水亲油性。在水参与的有机反应中，能有效地隔绝水与酸性位的接触，提高有机反应底物与酸性位的接触，提高反应的转化率、选择性和稳定性，有利于工业上的连续生产。(2)本专利技术的一种疏水强酸性炭材料制备步骤简单，使用廉价易得的高比表面积的炭材料作为原料，设备要求低，易于产业化，具有广阔的应用前景。具体实施方式以下通过列表的形式用实施例来进一步说明本专利技术的实施。实施例仅仅是实例性的，而非限制性的。强酸性炭材料的制备：以表1中实施例2为例：称取0.5g对氨基磺酸、0.22g氢氧化钠与250ml三口烧瓶中，加入100ml水，磁力搅拌下加热至50℃，待反应物完全溶解后，测定并调节使pH＞7，再依次加入1g商业活性炭和0.36g亚硝酸钠；将0.02mol盐酸缓慢滴入反应液中，搅拌反应10min，过滤洗涤后，80℃干燥过夜。采用体积法吸附仪测量样品比表面积，为881.4m2g-1，采用元素分析仪测量样品S％，为1.1％，并用接触角测量仪来测量样品的疏水性，接触角为97.8°。实施例1-10的反应条件和样品性能如表1所示。表1.强酸性炭材料制备实施例疏水强酸性炭材料的制备：以表2中的实施例11为例：称取1g实施例2得到的强酸性炭材料，0.5g叔丁基苯胺、0.13g氢氧化钠于250ml三口烧瓶中，加入100ml乙醇，磁力搅拌下加热至50℃，待反应物完全混合后，测定并调节使pH＞7，再加入0.23g亚硝酸钠；将0.01mol盐酸缓慢滴入反应液中，搅拌反应10min，过滤洗涤后，80℃干燥过夜。采用体积法吸附仪测量样品比表面积，为851.7m2g-1，采用元素分析仪来测量样品S％，为0.9％，并用接触角测量仪来测量样品的疏水性，接触角为117.1°。实施例11-22的反应条件和样品性能如表2所示。表2.疏水强酸性炭材料制备实施例总之，经过上述两个反应步骤，可得到疏水强酸性炭材料，经过测量，该炭材料的酸量(S％)可达5.0％，接触角可达136.9°，同时比表面积仍可达180m2g-1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疏水强酸性炭材料的制备方法，其特征是按以下步骤：(1)将多孔炭材料与氨基磺酸类化合物按重量比为1:0.5～1:7，氨基磺酸类化合物与催化剂按摩尔比1:1比例预混，加入与多孔炭材料重量比为100：1的溶剂和0.7：1的盐酸，在氧化剂存在的条件下，反应温度50℃～80℃，搅拌反应时间10min，分离、洗涤和干燥，生成强酸性炭材料；(2)将步骤(1)制备的疏水强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺按重量比为1:0.1～1:4，叔丁基苯胺或正丁胺与催化剂按摩尔比1:1比例预混，加入与多孔炭材料重量比为100：1的溶剂和0.35：1的盐酸，在氧化剂存在的条件下，反应温度50℃～80℃，搅拌反应时间10min，分离、洗涤和干燥生成疏水强酸性炭材料。

【技术特征摘要】
1.一种疏水强酸性炭材料的制备方法，其特征是按以下步骤：(1)将多孔炭材料与氨基磺酸类化合物按重量比为1:0.5～1:7，氨基磺酸类化合物与催化剂按摩尔比1:1比例预混，加入与多孔炭材料重量比为100：1的溶剂和0.7：1的盐酸，在氧化剂存在的条件下，反应温度50℃～80℃，搅拌反应时间10min，分离、洗涤和干燥，生成强酸性炭材料；(2)将步骤(1)制备的疏水强酸性炭材料与叔丁基苯胺或正丁胺按重量比为1:0.1～1:4，叔丁基苯胺或正丁胺与催化剂按摩尔比1:1比例预混，加入与多孔炭材料重量比为100：1的溶剂和0.35：1的盐酸，在氧化剂存在的条件下，反应温度50℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓强，钟瑶，邓曙光，王珺，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36