一种碳负载对甲苯磺酸催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳负载对甲苯磺酸催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：在红外灯下，将氢氧化钠的乙醇溶液缓慢滴加到活性炭上，并进行物理研磨，直至乙醇完全蒸发，然后在N2气氛下焙烧，对活性炭进行扩孔处理；扩孔后的活性炭用去离子水洗涤至中性，过滤置于真空干燥箱中活化处理，经过活化处理的活性炭加入到对甲苯磺酸溶液中，超声分散均匀后，搅拌10

【技术实现步骤摘要】
一种碳负载对甲苯磺酸催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂的制备
，具体涉及一种碳负载对甲苯磺酸催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]低分子量羧酸酯类化合物是一种常见的有机溶剂，也普遍应用于香料、香精、化妆品、肥皂和药品等工业。如乙酸乙酯具有优异的溶解能力，是极好的工业溶剂，也可用于柱层析的洗脱剂。可少量用于玉兰、依兰、桂花、兔耳草花及花露水、果香型等香精作头香来提调新鲜果香之用，特别是用于香水香精中，有圆熟的效果。甲酸甲酯则作为重要的有机合成中间体，可直接用作处理菸草、干水果、谷物等的烟薰剂和杀菌剂，也常用作硝化纤维素、醋酸纤维素的溶剂，在医药上，也常用作磺酸甲基嘧啶、磺酸甲氧嘧啶、镇咳剂美沙芬等药物的合成原料。其他类似的还有甲酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丙酯等。
[0003]在目前的工业生产中，低分子量的酯类化合物普遍采用浓硫酸作为催化剂进行酯化反应，该方法收率极高，但浓硫酸会对设备造成腐蚀，且硫酸难以回收利用，对硫酸的处理较为繁琐，会产生大量的酸性废液污染环境，增加处理成本。
[0004]为克服上述缺点，已开发出多种环境友好型催化剂，如酸性树脂、杂多酸、改性分子筛等等，都取得了较好的酯化效果，但这些方法仍存在以下问题：酸性树脂活化和再生繁杂；杂多酸和固体超强酸制备复杂，且生产成本较高；分子筛的稳定性差，制备过程繁琐等等；另外以上方法由于使用带水剂，虽然能达到较高的收率，但增加了原料消耗，繁化了生产过程，增加了生产成本。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于低级脂类合成的碳负载对甲苯磺酸催化剂及其制备方法和应用。
[0006]为达到上述目的，提出以下技术方案：一种碳负载对甲苯磺酸催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）在红外灯下，将氢氧化钠的乙醇溶液缓慢滴加到活性炭上，并进行物理研磨，直至乙醇完全蒸发，然后在N2气氛下焙烧，对活性炭进行扩孔处理，采用氢氧化钠活化活性炭，可以提高活性炭的比表面积，增大对甲苯磺酸的负载量；2）经过步骤1）扩孔后的活性炭用去离子水洗涤至中性，过滤置于真空干燥箱中活化处理；3）将经过活化处理的活性炭加入到对甲苯磺酸溶液中，超声分散均匀后，搅拌10
‑
24h，然后进行过滤、洗涤，放入真空干燥箱中干燥，最后在N2气氛下进行焙烧，得到碳负载对甲苯磺酸催化剂。
[0007]进一步地，步骤1）的氢氧化钠的加入量为活性炭质量的10.0wt%~50.0wt%。
[0008]进一步地，步骤1）中活性炭在N2气氛下的焙烧以5℃/min的升温速率升至600~
1000℃，焙烧5~7h。
[0009]进一步地，步骤3）中在N2气氛下进行焙烧时以5℃/min的升温速率升至200~300℃，焙烧2~5h。
[0010]进一步地，步骤1）中氢氧化钠的乙醇溶液的滴加速度为3ml/min
‑
5 ml/min。
[0011]一种通过上述制备方法制备得到的碳负载对甲苯磺酸催化剂，对甲苯磺酸的负载量为5wt%~30wt%。
[0012]一种碳负载对甲苯磺酸催化剂在低级脂类合成中的应用，所述的低级脂类包括甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯和丙酸乙酯。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术通过将对甲苯磺酸负载于扩孔处理的活性炭上得到非均相催化剂，避免了传统工艺中使用浓硫酸作为催化剂容易腐蚀设备以及酸性废液处理等问题，实现了催化剂的回收和重复利用，同时催化剂对低分子量的羧酸酯类化合物的合成都有优异的催化活性和产品收率，本专利技术提供的制备方法简单、可控，有着广阔的应用前景。
附图说明
[0014]图1为实施例2中制备得到的30wt%对甲苯磺酸/AC催化剂的SEM图；图2为实施例2中制备得到的30wt%对甲苯磺酸/AC催化剂的元素分布图。
具体实施方式
[0015]下面结合实施例和说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此。
[0016]实施例1（1）碳负载对甲苯磺酸催化剂的制备：将100.0mg的氢氧化钠溶于10.0ml的乙醇溶液中，在红外灯下，以4ml/min缓慢滴加到1.0g的活性炭上，并不断研磨，直至乙醇完全蒸发，然后在N2气氛下以5℃/min的升温速率800℃焙烧5h，待冷却至室温后将活性炭用去离子水洗涤至中性，置于真空干燥箱中60℃过夜干燥。将300.0mg的对甲苯磺酸溶于50ml的去离子水中，然后加入预处理后的活性炭，超声分散均匀后，用保鲜膜包覆，搅拌24h后进行过滤，洗涤，放入真空干燥箱中60℃过夜干燥，然后在N2气氛下以5℃/min的升温速率200℃焙烧2h，得到30wt%对甲苯磺酸/AC的目标催化剂。
[0017]（2）催化剂的应用：称取4.6g的乙醇以及9.0g的乙酸放于反应釜中，加入100.0mg通过上述方法制得的对甲苯磺酸/AC催化剂，在125℃下回流40min，然后蒸馏，收集馏分，得到乙酸乙酯粗产物。
[0018]实施例2（1）碳负载对甲苯磺酸催化剂的制备：将300.0mg的氢氧化钠溶于10.0ml的乙醇溶液中，在红外灯下，以4ml/min缓慢滴加到1.0g的活性炭上，并不断研磨，直至乙醇完全蒸发，然后在N2气氛下以5℃/min的升温速率800℃焙烧5h，待冷却至室温后将活性炭用去离子水洗涤至中性，置于真空干燥箱中60
℃过夜干燥。将300.0mg的对甲苯磺酸溶于50ml的去离子水中，然后加入预处理后的活性炭，超声分散均匀后，用保鲜膜包覆，搅拌24h后进行过滤，洗涤，放入真空干燥箱中60℃过夜干燥，然后在N2气氛下以5℃/min的升温速率300℃焙烧2h，得到30wt%对甲苯磺酸/AC的目标催化剂。
[0019]（2）催化剂的应用：称取4.6g的乙醇以及9.0g的乙酸放于反应釜中，加入100.0mg通过上述方法制得的对甲苯磺酸/AC催化剂，在125℃下回流40min，然后蒸馏，收集馏分，得到乙酸乙酯粗产物。
[0020]实施例3（1）碳负载对甲苯磺酸催化剂的制备：将500.0mg的氢氧化钠溶于10.0ml的乙醇溶液中，在红外灯下，以4ml/min缓慢滴加到1.0g的活性炭上，并不断研磨，直至乙醇完全蒸发，然后在N2气氛下以5℃/min的升温速率800℃焙烧5h，待冷却至室温后将活性炭用去离子水洗涤至中性，置于真空干燥箱中60℃过夜干燥。将300.0mg的对甲苯磺酸溶于50ml的去离子水中，然后加入预处理后的活性炭，超声分散均匀后，用保鲜膜包覆，搅拌24h后进行过滤，洗涤，放入真空干燥箱中60℃过夜干燥，然后在N2气氛下以5℃/min的升温速率300℃焙烧2h，得到30wt%对甲苯磺酸/AC的目标催化剂。
[0021]（2）催化剂的应用：称取4.6g的乙醇以及9.0g的乙酸放于反应釜中，加入100.0mg通过上述方法制得的对甲苯磺酸/AC催化剂，在125℃下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳负载对甲苯磺酸催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）在红外灯下，将氢氧化钠的乙醇溶液缓慢滴加到活性炭上，并进行物理研磨，直至乙醇完全蒸发，然后在N2气氛下焙烧，对活性炭进行扩孔处理；2）经过步骤1）扩孔后的活性炭用去离子水洗涤至中性，过滤置于真空干燥箱中活化处理；3）将经过活化处理的活性炭加入到对甲苯磺酸溶液中，超声分散均匀后，搅拌10
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24h，然后进行过滤、洗涤，放入真空干燥箱中干燥，最后在N2气氛下进行焙烧，得到碳负载对甲苯磺酸催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）的氢氧化钠的加入量为活性炭质量的10.0wt%~50.0wt%。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中活性炭在N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，程家旭，邵方君，马帆冬，江文杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：