一种催化降解生物质资源获得5-羟甲基糠醛(hmf)的催化剂的制作方法
【专利说明】一种催化降解生物质资源获得5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂
技术领域
[0001]本发明涉及一种利用磁性碳复合材料催化降解生物质资源(如葡萄糖，果糖)，获得5-羟甲基糠醛(HMF)。
【背景技术】
[0002]磁性碳复合材料不仅具有碳材料的优良特性，还具有磁性材料在外磁场作用下可控移动易于分离的特性，在所有材料中，碳材料由于其容易进行功能化以及在酸及碱溶液中的稳定性因而是一种理想的基体材料。磁性粒子在很多领域中都有广泛的应用。两种或多种材料在性能上能取长补短，产生协同作用，使其在性能上优于组成的任意一个单独的材料，因此将二者结合起来会进一步扩大其应用范围。
[0003]近年来，传统化石燃料的日趋枯竭加剧了世界范围内的能源紧张，迫使人们寻找一种绿色环保的可再生能源替代石油煤炭等不可再生能源。生物质资源作为世界上储量最为丰富的可再生资源，具有储量丰富和零C02排放等优点，是唯一能够直接转化为液态燃料的资源，具有替代石油基础产业的潜力。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的是提供一种磁性碳材料的催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)。能将储量丰富的生物质资源(单糖和多糖)实现充分利用。该催化剂具有催化性能好、可重复使用、易于分离等优点，可以有效的实现资源的循环利用，具有工业化推广的前景。
[0005]本发明具体采用如下的技术方案:
[0006]一种磁性碳复合材料催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂，其特征主要包括如下步骤:
[0007](I).将烘干后的秸杆放入管式炉中在惰性气氛N2煅烧10h(450摄氏度)得到碳质材料CM。
[0008](2).将碳质材料溶于2wt % Fe (NO3) 3.9Η20的水溶液中，加入25mol %的氨水调节PH至10，该溶液在室温下搅拌24h,抽滤，真空干燥箱中干燥得到固体。产生的固体在队气氛下，400摄氏度下煅烧12h，得到磁性碳质材料PCM。
[0009](3).磁性碳质材料PCM和对甲苯磺酸溶于水中，巯基乙酸加入此溶液中剧烈搅拌24h，然后1mol %氨水溶液加入溶液中调节PH至7伴随着搅拌。经过离心得到固体在80摄氏度下干燥12h，在400摄氏度，队气氛下煅烧得到PCM-SH。
[0010]⑷.30% H2O2溶液逐滴加入到含PCM-SH的水中搅拌10h。用超纯水反复冲洗，抽滤。在80摄氏度下干燥整晚得到磺酸化的磁性碳质材料PCM-S03H。
[0011]本发明的优点:能将麦杆再生转化为有价值的资源，不仅有效的缓解了麦杆燃烧后的空气污染问题，而且有利于社会的可持续发展；工艺简单，催化剂的催化效果好，易于分离；充分实现了废旧资源的再资源化利用，能耗低，符合环保要求；催化剂使用完毕可以用外加磁场吸引再利用，循环利用，降低了生产成本，具有工业化应用的前景。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
[0013]将制备的磁性碳复合材料与果糖在50ml的三口烧瓶中按质量比1:6混合，加入一定量的二甲基亚砜，加热搅拌，温度控制在110°C?130°C，恒温180分钟，用外部磁场吸去催化剂，然后过滤，并吸取一定量的滤液稀释100倍，用高效液相色谱仪测得5-羟甲基糠醛(HMF)的产率在90分钟时最大为84.40 %，经磁吸分离的催化剂可以重复循环利用。
[0014]实施例2
[0015]将制备的磁性碳复合材料与果糖在50ml的三口烧瓶中按质量比1:6混合，加入一定量的N，N- 二甲基乙酰胺，加热搅拌，温度控制在110 °C?130 °C，恒温180分钟，用外部磁场吸去催化剂，然后过滤，并吸取一定量的滤液稀释100倍，用高效液相色谱仪测得5-羟甲基糠醛(HMF)的产率在90分钟时最大为63.40%，经磁吸分离的催化剂可以重复循环利用。
[0016]实施例3
[0017]将制备的磁性碳复合材料与果糖在50ml的三口烧瓶中按质量比1:6混合，加入一定量的N，N-二甲基甲酰胺，加热搅拌，温度控制在110°C?130°C，恒温180分钟，用外部磁场吸去催化剂，然后过滤，并吸取一定量的滤液稀释100倍，用高效液相色谱仪测得5-羟甲基糠醛(HMF)的产率在90分钟时最大为57.81%，经磁吸分离的催化剂可以重复循环利用。
【主权项】
1.一种磁性碳复合材料催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂，它包括如下步骤:(I).将烘干后的秸杆放入管式炉中在惰性气氛N2煅烧1h(450摄氏度)得到碳质材料CM。(2).将碳质材料溶于2wt % Fe (NO3) 3.9H20的水溶液中，加入25mol %的氨水调节PH至10，该溶液在室温下搅拌24h，抽滤，真空干燥箱中干燥得到固体。产生的固体在队气氛下，400摄氏度下煅烧12h，得到磁性碳质材料PCM。(3).磁性碳质材料PCM和对甲苯磺酸溶于水中，巯基乙酸加入此溶液中剧烈搅拌24h，然后1moI %氨水溶液加入溶液中调节PH至7伴随着搅拌。经过离心得到固体在80摄氏度下干燥12h，在400摄氏度，队气氛下煅烧得到PCM-SH。(4).30% H 202溶液逐滴加入到含PCM-SH的水中搅拌10h。用超纯水反复冲洗，抽滤。在80摄氏度下干燥整晚得到磺酸化的磁性碳质材料PCM-S03H。
2.根据权利要求1所述的一种磁性碳复合材料催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂，其特征在于:催化剂与果糖按照质量比1:6?8混合，加热温度控制在110°C?130 °C，恒温搅拌180分钟。
3.根据权利要求1所述的一种磁性碳复合材料催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂，其特征在于:催化剂在反应结束后用冰水立即淬灭反应。
4.根据权利要求1所述的一种磁性碳复合材料催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂，其特征在于:磁吸分离后的催化剂经过超纯水洗涤后还可重复使用5-6次，节约生产成本。
【专利摘要】本发明涉及一种催化降解生物质资源获得5-羟甲基糠醛(HMF)的催化剂。一种磁性碳材料的催化剂催化降解生物质资源得到5-羟甲基糠醛(HMF)。能将储量丰富的生物质资源(单糖和多糖)实现充分利用。该催化剂具有催化性能好、可重复使用、易于分离等优点，可以有效的实现资源的循环利用，具有工业化推广的前景。
【IPC分类】C07D307-46, B01J23-745
【公开号】CN104525200
【申请号】CN201410730299
【发明人】王海军, 姚远, 王宁宁, 顾圳, 王沿方
【申请人】江南大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月4日