一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料及其制备方法技术

一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料及其制备方法，涉及一种非均相纳米碳/粘土复合催化材料的制备方法。本发明专利技术的目的是提供一种非均相纳米复合酸催化材料的制备方法，具体制备过程是将插层前驱体有机物和蒙脱石颗粒分散介质中，分散均匀，调节pH值进行插层，再经水热处理后得到磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料。该制备方法过程简单，反应条件简单易行，制备材料具有比表面积高、孔容量大、酸催化活性位多、可循环利用的特点。

Sulfonic acid functional nano carbon intercalated clay catalytic material and preparation method thereof

The invention relates to a sulfonated functional nano-carbon intercalated clay catalytic material and a preparation method thereof, and relates to a preparation method of heterogeneous nano-carbon/clay composite catalytic material. The object of the present invention is to provide a preparation method of heterogeneous nano-composite acid catalytic material. The preparation process is to intercalate the precursor organic matter and montmorillonite particles in the dispersion medium, disperse uniformly, adjust the pH value to intercalate, and then after hydrothermal treatment to obtain sulfonated functional nano-carbon intercalated clay catalytic material. The preparation process is simple and the reaction conditions are simple and feasible. The prepared material has the characteristics of high specific surface area, large pore capacity, more active sites of acid catalysis and recycling.

【技术实现步骤摘要】
一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料及其制备方法涉及领域本专利技术涉及一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料及其制备方法，属于材料制备和应用领域。
技术介绍
液体酸是化工生产过程中重要的酸催化剂，每年有数以百万吨计的工业浓硫酸被用于石油化工生产。但是浓硫酸催化体系中的催化剂分离是一项复杂而有具有一定风险的工程。每年都有大量的废酸由此产生，不仅浪费，而且带来很大的环保压力。近年来，随着工业生产环保要求的提高，迫切需要开发能够替代液体酸，并且具有较强酸催化活性，能重复使用的固体酸催化剂。理想的固体酸催化剂需要具备足量的质子酸活性位和良好的稳定性，因此，有机酸/无机固体复合催化剂和强酸性树脂等材料被开发并用于酸性催化。但是，上述的固体酸催化材料依然存在成本高等缺点。近年来，纳米碳质材料在催化领域的应用研究报道逐年增加，用于酸催化的酸性纳米碳质材料也被开发。通常合成的酸性碳质材料的过程分为两步：第一步，将碳源料在高于400℃的温度下进行高温碳化处理；第二步，将碳化处理得到的碳材料用液体酸在接近100℃的条件下进行酸化处理。但是以上的过程需要在高温下使用液体酸，并不是一个绿色环保的制备过程。作为一种廉价、绿色、反应条件温和的制备方法，水热碳化合成法是近几年碳材料合成的新技术，以糖类为主的原料也非常易得。整个合成过程没有有机溶剂、催化剂和表面活性剂的使用，糖类的溶液在150-200℃的水热环境中碳化形成碳纳米材料。其表面的亲水性也为它带来了易改性的优势，亲水性较强的有机基团如磺酸基可以在其表面进行接枝改性。但是水热合成的碳材料比表面积和孔容量都比较低，在油性的环境中会大大降低其催化效果。因此，将磺酸基改性后的水热纳米碳质材料分散固定到无机多孔材料上以提高其比表面积是今年来报道的一种新的合成方法。针对上述的问题，我们专利技术了一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料，其生产过程简单，酸催化活性高，且便于回收再利用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料及其制备方法。该制备方法过程温和，反应条件简单易控制，制备材料具有酸性强、比表面积大、可循环利用的特点。本专利技术磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料，其特征在于富含磺酸基纳米碳质微球/蒙脱石插层复合结构，以天然层状蒙脱石为主体，磺酸基纳米碳质微球为插层客体，其中蒙脱石主体质量百分含量为50～60％，碳质外壳质量百分含量为40～50％，两者之和为100％。上述磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料的制备方法，按照下述步骤进行：(1)向50g固含量为2～5％的蒙脱石悬浮液浓度中加入0.5～1.5g的含氮糖，在40℃的恒温条件下搅拌1小时，用稀盐酸调节悬浮液的pH值为4～5。持续搅拌2h以上。(2)加入1～3g碳化前驱体，0.1～1.0g羟乙基磺酸和20去离子水ml，搅拌30min后将上述混合液转移到带聚四氟乙烯内衬的100mL不锈钢高压反应釜中，密封后将反应釜放入干燥箱于180℃恒温4～12h，冷却，过滤烘干得到磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料。其中步骤(1)中所述的含氮糖为壳聚糖和N-乙酰氨基葡萄糖的一种或者两者的混合物。其中步骤(2)中所述的碳化前驱体为葡萄糖，糠醛，果糖，蔗糖和纤维素中一种或多种组成。其中步骤(2)中所述的碳化前驱体与羟乙基磺酸的质量比为3:1～10:1。本专利技术具有以下优点：该磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料的制备方法简单，整个制备过程反应条件温和、易控制；该磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料具有较强的酸性和较大的比表面积有利于催化反应的进行；该磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料合成原料的元素组成在大自然中广泛存在，不会产生二次污染，绿色环保，可重复利用，稳定性好。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明，但本专利技术并不是只局限于以下实施例。实施例1将2g蒙脱石分散到50ml去离子水中，加入1g壳聚糖，搅拌均匀。用稀盐酸调节pH值为4。加入1g糠醛，0.2g羟乙基磺酸和20ml去离子水，搅拌30min后将上述溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的100mL不锈钢高压反应釜中，密封后将反应釜放入干燥箱于180℃恒温6h，产物过滤分离、洗涤、干燥后，即得磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料。取0.5g以上得到的磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料与5.3g三羟甲基丙烷和46g油酸混合，置入250ml三口烧瓶中，在通氮气的条件下在180℃油浴中加热搅拌4h，三羟甲基丙烷转化率为91.2％，其中三羟甲基丙烷三油酸酯的产率为85.6％。实施例2将2g蒙脱石分散到50ml去离子水中，加入1.5g壳聚糖，搅拌均匀。用稀盐酸调节pH值为5。加入1g葡萄糖，0.15g羟乙基磺酸和20ml去离子水，搅拌30min后将上述溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的100mL不锈钢高压反应釜中，密封后将反应釜放入干燥箱于180℃恒温6h，产物过滤分离、洗涤、干燥后，即得磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料。取0.5g以上得到的磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料与5.3g三羟甲基丙烷和46g油酸混合，置入250ml三口烧瓶中，在通氮气的条件下在180℃油浴中加热搅拌4h，三羟甲基丙烷转化率为94.1％，其中三羟甲基丙烷三油酸酯的产率为88.1％。实施例3将2g蒙脱石分散到50ml去离子水中，加入2.0g壳聚糖，搅拌均匀。用稀盐酸调节pH值为5。加入0.5g葡萄糖，0.5g糠醛，0.15g羟乙基磺酸和20ml去离子水，搅拌30min后将上述溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的100mL不锈钢高压反应釜中，密封后将反应釜放入干燥箱于180℃恒温6h，产物过滤分离、洗涤、干燥后，即得磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料。取0.5g以上得到的磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料与5.3g三羟甲基丙烷和46g油酸混合，置入250ml三口烧瓶中，在通氮气的条件下在180℃油浴中加热搅拌4h，三羟甲基丙烷转化率为96.5％，其中三羟甲基丙烷三油酸酯的产率为91.5％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料，其特征在于富含磺酸基纳米碳质微球/蒙脱石插层复合结构，以天然层状蒙脱石为主体，磺酸基纳米碳质微球为插层客体，其中蒙脱石主体质量百分含量为50～60％，碳质外壳质量百分含量为40～50％，两者之和为100％。

【技术特征摘要】
1.磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料，其特征在于富含磺酸基纳米碳质微球/蒙脱石插层复合结构，以天然层状蒙脱石为主体，磺酸基纳米碳质微球为插层客体，其中蒙脱石主体质量百分含量为50～60％，碳质外壳质量百分含量为40～50％，两者之和为100％。2.根据权利要求1所述的一种磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料，其特征在于所述的层状粘土为天然蒙脱石。3.上述权利要求1-2所述的磺酸基功能纳米碳插层粘土催化材料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：(1)向50g固含量为2～5％的蒙脱石悬浮液浓度中加入0.5～1.5g的含氮糖，在40℃的恒温条件下搅拌1小时，用稀盐酸调节悬浮液的pH值为4～5。持续搅拌2h以上。(2)加入1～3g碳化前驱体，0.1～1.0g羟乙基磺酸和20去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛辉麾，雷冲，高赵萍，王倩倩，张艳，孟烨，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32