分级有序多孔磺化碳催化果糖转化制5-羟甲基糠醛

发布时间：2020-05-27 08:26

【摘要】：采用双模板自组装、炭化、氢氟酸蚀刻和磺化等手段制备了具有分级有序多孔结构的磺化碳(SCHOP),并分别在500、600和700℃考察了炭化温度对分级有序多孔碳微观结构的影响;以催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)为探针反应,评价了SCHOP的催化效果。结果表明,500℃焙烧所制备的SCHOP具有最高的催化活性。SEM、TEM和N2吸附-脱附表明,所制备的催化剂具有规整的分级有序孔结构,但过高的炭化温度会降低炭材料微观结构的有序性;FT-IR、EDS和-SO3H含量测定表明,通过磺化可在碳基体上有效引入磺酸基,炭化温度过高会降低炭材料的芳香性,不利于磺酸基的引入。130℃下反应20 min,果糖的转化率和5-HMF的收率分别高达96.1%和93.4%,表明SCHOP是一种高效固体酸催化剂。
【图文】：

S-TWIN)来表征;其比表面积、孔容和孔径等采用N2吸附-脱附仪(ASAP2010)测试;傅里叶变换红外光谱仪(FT-IＲ)(Nicolet5700)用于测定特征官能团;X射线能谱仪(EDS)(OxfordINCAEnergy)用于测定催化剂表面元素成分。催化剂的磺酸基(－SO3H)含量测定采用中和滴定法［22］。取50mg样品分散于20mL饱和NaCl溶液中，超声振荡60min，取上清液，加入2滴酚酞指示剂，用0．01mol/LNaOH滴定，当滤液由无色变为微红色时为滴定终点。1．4果糖催化脱水果糖催化脱水反应是在带回流冷凝管的100mL三口烧瓶中进行的，采用磁力搅拌加热套控温和调整搅拌速率。实验时，将1．0g果糖溶于30mLDMSO中，加入催化剂在设定温度和搅拌条件下反应。反应时间从温度达设定值开始计时，并每隔一定时间取样测定5-HMF和果糖的含量。1．5分析方法反应液中的果糖和5-HMF采用Waterse2695高效液相色谱进行定量分析。果糖的定量分析采用Waters2414示差折光检测器和WelchUltimateXB-NH2(250mm×4．6mm，，5μm)色谱柱，柱温:40℃，流动相为体积比3∶1的乙腈水溶液，流量为1mL/min。5-HMF的分析条件为:Waters2489紫外检测器、WatersXbridgeC18色谱柱，柱温:30℃，流动相是体积比为95∶5的甲醇水溶液，流量为0．8mL/min。2结果与讨论2．1孔结构的表征图1为不同样品的SEM照片以及SCHOP的TEM照片。图1催化剂的扫描电镜和透射电镜照片Figure1SEMimagesandTEMimages(a):HOPC-500;(b):HOPC-600;(c):HOPC-700;(d):SCHOP-500;(e):SCHOP-600;(f):SCHOP-700;(g):SCHOP-500;(h):SCHOP-600;(i):SCHOP-7001343第11期王建刚等:分级有序多孔磺化碳催化果糖转化制5-羟甲基糠醛

表1为各样品的结构参数。比较HOPC-500和SCHOP-500可以看出，在磺化前比表面积为232m2/g，磺化后为181m2/g，表明磺化后比表面积有所下降。结合SEM和TEM照片可以看出，磺化前后炭材料的分级有序孔结构没有明显改变。随着焙烧温度升高，SCHOP的比表面积增大，这可能是在高的焙烧温度下，酚醛树脂炭化更彻底，模板F127脱除更干净，从而形成更多的介孔和微孔结构，因而比表面积有所增大［24］。综合以上分析，磺化后获得的磺化碳能够很好地保留原炭材料的分级有序孔结构，SCHOP-500的分级结构有序性最高。图2N2吸附-脱附等温线(a)和孔径分布(b)Figure2N2adsorption-desorptionisotherm(a)andporesizedistribution(b)1344燃料化学学报第44卷


本文编号：2683247