一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸及其制备方法，在本发明专利技术的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸中，所述固体酸分散在二氧化硅气凝胶的纳孔结构中，其中所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比为1：10‑100。另外，本发明专利技术还提供了该基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸在催化美拉德反应中间体热解中的用途。经研究发现，本发明专利技术的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸相比于常规固体酸对美拉德反应中间体热解具有更高的催化活性，可以促进致香物质的释放。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸及其制备方法
本专利技术属于固体酸催化剂领域，更具体地，涉及一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸及其制备方法，并且还涉及该基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸在催化美拉德反应中间体热解中的用途。
技术介绍
固体酸通常用作碳水化合物的裂解催化剂。固体酸中的酸位点对碳水化合物中的C-O、C-N键等敏感，可催化碳水化合物的裂解、环化和重排等多种反应，产生多种杂环化合物、烷烃或有机酯等。由于固体酸位点和碳水化合物之间的相态差异，导致分子接触困难，因此催化活性极大的受到固体酸微观结构的影响。高孔隙率和/或高比表面积有助于固体酸酸位点的暴露，有利于和碳水化合物分子间的接触，提高催化活性。因此，固体酸多负载于分子筛等多孔结构上。二氧化硅气凝胶是一种具有极大孔隙率和极高比表面积的材料。固体酸负载于二氧化硅气凝胶上，应当能达到更高的分散性。但由于气凝胶制备工艺的复杂性，以及气凝胶本身机械强度比较差，很少有人做过这样的尝试。美拉德反应中间体是香烟中的致香物质。通过糖和氨基酸之间发生的非酶棕化反应，也称美拉德反应，可以制备美拉德反应中间体。美拉德反应包括脱水、环化和重排等过程。美拉德反应中间体受热，会释放出糠醛、呋喃等杂环衍生物，以及各种结构的酯类，释放独特的香味。美拉德反应中间体的进一步反应，主要和C-N、C-O键的破坏和重构有关，一般受酸碱的催化作用而加速，因而固体酸的酸位点对美拉德反应也有催化作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服由于固体酸位点和碳水化合物之间的相态差异导致分子接触困难因而催化活性极大的受到固体酸微观结构影响的问题，提供一种新型的固体酸催化剂，其中采用二氧化硅气凝胶的纳孔结构分散固体酸，这可以极大提高固体酸酸位点的分散性，进一步可有助于提高其对美拉德反应的催化活性。因此，在一方面，本专利技术提供了一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其特征在于，所述固体酸分散在二氧化硅气凝胶的纳孔结构中，其中所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比为1：10-100。在本专利技术的一个实施方式中，所述固体酸为金属盐类固体酸。在本专利技术的一个实施方式中，所述金属盐类固体酸选自金属硫酸盐和金属磷酸盐中的一种或多种。在本专利技术的一个实施方式中，所述金属硫酸盐为硫酸铝、硫酸铁、硫酸镍、硫酸锆或其任意组合。另一方面，本专利技术还提供了一种制备如上所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将固体酸与硅溶胶接触；(2)用碱性试剂将pH调节至9.0-11.0以形成凝胶；(3)随后将所述凝胶进行超临界干燥；(4)将所得干燥物研磨成粉状，并加入到过硫酸铵溶液中浸泡；以及(5)过滤干燥后在500-800℃下进行烧制，以得到基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸。在本专利技术的一个实施方式中，所述碱性试剂为氨水。在本专利技术的另一个实施方式中，在形成所述凝胶后，将所述凝胶进行陈化12-48h，并随后用乙醇溶液浸泡交换。在本专利技术的一个实施方式中，所述超临界干燥的步骤在高温高压下进行，并以乙醇作为超临界溶剂。在本专利技术的一个实施方式中，所述高温为200-300℃的温度。另一方面，本专利技术还提供了如上所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸在催化美拉德反应中间体热解中的用途。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下的有益技术效果：(1)本专利技术的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸相比于常规固体酸具有更高的比表面积和孔体积；(2)本专利技术的制备方法简单；以及(3)本专利技术的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸相比于常规固体酸对美拉德反应中间体热解具有更高的催化活性，可以促进致香物质的释放。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在详细描述本专利技术前，应了解，在此使用的术语只在于描述特定的实施方式，而不希望限制本专利技术的范围，本专利技术的范围仅由所附权利要求书限定。为了更完全地了解在此描述的本专利技术，采用以下术语，它们的定义如下所示。除非另外定义，在此使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域的普通技术人员所理解的相同的含义。在一方面，本专利技术提供了一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其特征在于，所述固体酸分散在二氧化硅气凝胶的纳孔结构中，其中所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比为1：10-100。根据本专利技术，所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比可以在1：10-100的范围内进一步选择，例如，所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比可以为1：15、1：20、1：30、1：50、1：70或1：90等，但不限于此。根据本专利技术，对固体酸的种类没有特别的限制，可以为常见的固体酸种类。例如，所述固体酸可以为诸如氧化物类、硫化物、金属盐类或杂多酸类等的固体酸。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述固体酸可以为金属盐类固体酸。进一步地，在本专利技术的一个优选实施方式中，所述金属盐类固体酸可以选自金属硫酸盐和金属磷酸盐中的一种或多种。更进一步地，所述金属盐中的金属可以为例如Fe、Al、Cu、Ni或Zr等。更进一步地，本专利技术中所用的固体酸可以更具体地为硫酸铝、硫酸铁、硫酸镍、硫酸锆或其任意组合(超强酸)。另一方面，本专利技术还提供了一种制备如上所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将固体酸与硅溶胶接触；(2)用碱性试剂将pH调节至9.0-11.0(例如9.5、10.0或10.5等)以形成凝胶；(3)随后将所述凝胶进行超临界干燥；(4)将所得干燥物研磨成粉状，并加入到过硫酸铵溶液中浸泡；以及(5)过滤干燥后在500-800℃(例如600℃、650℃或700℃等)下进行烧制，以得到基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸。根据本专利技术的制备方法，步骤(1)中的接触可以通过各种方式进行，例如可以将固体酸与硅溶胶混合后再与例如去离子水配置成溶液，或者可以将固体酸先溶解在例如去离子水中再向其中加入硅溶胶混合，并且所述混合可以在伴随搅拌的条件下进行。根据本专利技术的制备方法，在步骤(2)中所用的所述碱性试剂可以本领域中常见的任何碱性试剂，例如所述碱性试剂可以为氨水，更具体地，例如可以为浓度为6mol/L的氨水溶液。另外，在步骤(2)完成后，即在形成所述凝胶后，可以将所述凝胶进行陈化12-48h(例如24h或36h等)，并随后用乙醇溶液浸泡交换(可以交换多次，例如4-5次)，以置换出体系中的水和氨。根据本专利技术的制备方法，步骤(3)中的所述超临界干燥的步骤可以在高温高压下进行，并以乙醇作为超临界溶剂。更具体地，所述高温可以为200-300℃的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其特征在于，所述固体酸分散在二氧化硅气凝胶的纳孔结构中，其中所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比为1：10-100。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其特征在于，所述固体酸分散在二氧化硅气凝胶的纳孔结构中，其中所述固体酸与二氧化硅气凝胶的重量比为1：10-100。


2.根据权利要求1所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其中，所述固体酸为金属盐类固体酸。


3.根据权利要求2所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其中，所述金属盐类固体酸选自金属硫酸盐和金属磷酸盐中的一种或多种。


4.根据权利要求3所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸，其中，所述金属硫酸盐为硫酸铝、硫酸铁、硫酸镍、硫酸锆或其任意组合。


5.一种制备权利要求1-4中任一项所述的基于二氧化硅气凝胶的纳孔固体酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将固体酸与硅溶胶接触；
(2)用碱性试剂将pH调节至9.0-11...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄龙，黄荣华，庞登红，祝浩，罗诚浩，
申请(专利权)人：湖北中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42