【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体酸催化剂，具体涉及一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、农作物废弃物含有丰富的生物质资源，可转化为高价值的化学品。作为从农作物废弃物中提取的典型平台分子之一，5-羟甲基糠醛通过氢化、氧化、水解和烷基化等过程，能够应用于医药、塑料树脂和柴油添加剂等领域。己糖(如葡萄糖、果糖等)的水解反应是生物质农作物废料转化为5-羟甲基糠醛或其他高值产品的关键反应之一。通常，lewis酸能够催化葡萄糖异构化为果糖，然后继续在酸的作用下脱水生成5-羟甲基糠醛。在多数非均相固体酸催化剂的报道中，炭基固体酸通常热稳定性不佳导致其可重用性较差(cn202210921585.5)。相比之下，具有介孔结构的sio2因其孔道分布均匀、比表面积大和结构稳定等优势被认为是制备固体酸催化剂的优良载体(cn202311329681.1)。
2、据报道，该反应通常使用钛、锆、锡或碲的磷酸盐作为固体酸催化剂。然而，金属氧化物和金属磷酸盐的天然形式通常表现出小的比表面积和相当有限的孔隙率，限制了催化酸性位点的数量和可接触性。因此，需要合成高比表面积和高孔隙率的金属磷酸盐的方法。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂及其制备方法和应用，用以解决金属氧化物和金属磷酸盐的天然形式通常表现出小的比表面积和相当有限的孔隙率，限制了催化酸性位点的数量和可接触性的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采
3、本专利技术公开了一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、s1：聚醚p123、盐酸和去离子水混合并加热搅拌，形成溶液a；向溶液a中加入正硅酸乙酯并继续搅拌形成溶液b；将溶液b进行水热反应，随后依次进行抽滤洗涤、干燥、煅烧处理，得到sio2；
5、s2：在甲苯中加入sio2和zr前体化合物，加热回流后进行复水，随后进行洗涤、过滤并干燥得到接枝zro2的硅基固体酸sio2-zr；
6、s3：将硅基固体酸sio2-zr加入到磷酸溶液中，搅拌后洗涤固体，干燥固体后得到接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂。
7、进一步地，s1中，所述聚醚p123、盐酸、去离子水和正硅酸乙酯的用量比为1g：(5～8)ml：(25～30)ml：(2.1～3.2)g。
8、进一步地，s1中，所述水热反应的温度为80～100℃，时间为24～36h；所述煅烧的工艺参数为：在5～10℃/min的升温速率加热至550～600℃，并保持5～5.5h。
9、进一步地，s2中，所述甲苯、sio2和zr前体化合物的用量比为(20～30)ml：1g：(1.2～3.6)g；
10、所述zr前体化合物包括正丙醇锆、正丁醇锆、异丙醇锆和叔丁醇锆中的一种或多种。
11、进一步地，s2中，所述加热的温度为110～130℃，时间为3～6h；所述干燥的温度为60～90℃，时间为8～12h。
12、进一步地，s3中，所述硅基固体酸sio2-zr和磷酸溶液的用量比为1g：(50～80)ml。
13、进一步地，s3中，所述洗涤是洗涤直至滤液的ph为7；所述磷酸溶液的浓度为1～2mol/l。
14、进一步地，s3中，所述干燥的温度为60～90℃。
15、本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂。
16、本专利技术还公开了采用上述接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的应用，所述接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂作为催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛反应过程中的催化材料。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
18、本专利技术公开了一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，通过在sio2上接枝zro2以增强lewis酸性，然后对接枝的zro2进行磷化以增强酸性，制备了具有双酸性位点的sio2-zr-p固体酸；调整了sio2骨架催化剂上酸和lewis酸的酸含量以及两种酸的摩尔比；解决了金属氧化物和金属磷酸盐的天然形式通常表现出小的比表面积和相当有限的孔隙率，限制了催化酸性位点的数量和可接触性的问题。
19、本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂，本专利技术中的固体酸催化剂具有酸密度高、结构稳定和催化性能优异的特性，解决了固体酸催化剂中lewis酸在水中的水合失活和活性官能团(如酸性官能化金属氧化物上的硫酸盐或磷酸基团)的水解浸出的问题，并且能够有效地将生物质糖类催化转化为5-羟甲基糠醛，该催化剂具有酸密度高，催化性能优异，热稳定性良好等优势。
20、本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的应用，本申请中的催化剂具有良好的催化效果，能够应用于葡萄糖和果糖转化为5-羟甲基糠醛的反应体系，根据相关实验结果证明，在最优条件下葡萄糖和果糖生成5-羟甲基糠醛的产率分别可达到75％和100％；同时，该催化剂双酸位点催化剂，且两种酸性基团不容易发生缩合和热分解，在反应后易于分离并且能够多次重复使用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述聚醚P123、盐酸、去离子水和正硅酸乙酯的用量比为1g：(5～8)mL：(25～30)mL：(2.1～3.2)g。
3.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述水热反应的温度为80～100℃，时间为24～36h；所述煅烧的工艺参数为：在5～10℃/min的升温速率加热至550～600℃，并保持5～5.5h。
4.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，S2中，所述甲苯、SiO2和Zr前体化合物的用量比为(20～30)mL：1g：(1.2～3.6)g；
5.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，S2中，所述加热的温度为110～130℃，时间为3～6h；所述干燥的温度为60～90℃，时间为8～12h。
6.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆
7.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，S3中，所述洗涤是洗涤直至滤液的pH为7；所述磷酸溶液的浓度为1～2mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，S3中，所述干燥的温度为60～90℃。
9.一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂，其特征在于，采用权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的应用，其特征在于，所述接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂作为催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛反应过程中的催化材料。
...【技术特征摘要】
1.一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，s1中，所述聚醚p123、盐酸、去离子水和正硅酸乙酯的用量比为1g：(5～8)ml：(25～30)ml：(2.1～3.2)g。
3.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，s1中，所述水热反应的温度为80～100℃，时间为24～36h；所述煅烧的工艺参数为：在5～10℃/min的升温速率加热至550～600℃，并保持5～5.5h。
4.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，s2中，所述甲苯、sio2和zr前体化合物的用量比为(20～30)ml：1g：(1.2～3.6)g；
5.根据权利要求1所述的一种接枝磷酸锆的硅基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，s2中，所述加热的温...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟涛，魏琛琳，王欢，刘昭铁，何珍红，王宽，杨阳，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。