一种金属改性木质素基功能炭及其制备方法和应用与流程

本发明属于化学合成，尤其涉及一种金属改性木质素基功能炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、化石能源危机与环境问题日益严重，生物质作为一种可再生的资源，其被认为是替代化石资源制备5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸等高附加值生物化学品的最佳原料。而生物质炼制过程中葡萄糖异构化为果糖是生物质精炼中的关键步骤。相比于传统的生物酶等方法制备果糖存在的条件苛刻、价格高、易失活等问题，金属非均相催化体系引起了越来越多的关注。

2、然而，目前的固体催化剂存在合成过程繁琐、条件苛刻、活性低、选择性差的问题，需进一步优化催化剂以最终获得果糖。为此我们提出一种金属改性木质素基功能炭及其制备方法和应用。本发明以木质素为炭源，通过化学氧化与机械球磨法两步合成金属改性木质素基功能炭催化剂，在乙醇反应体系中，选择性地催化葡萄糖异构化为果糖，为化学催化转化葡萄糖异构化为果糖提供理论广阔前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种金属改性木质素基功能炭及其制备方法和应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种金属改性木质素基功能炭的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、利用化学氧化法处理木质素，得到木质素基功能炭；

5、步骤s2、将步骤s1得到的木质素基功能炭和金属醋酸盐进行机械球磨；

6、步骤s3、用超纯水清洗步骤s2得到的材料，真空干燥，得到金属改性木质素基功能炭材料。

7、进一步的，所述步骤s1中，化学氧化法所使用的氧化剂为双氧水、浓硫酸和硝酸中的一种或多种；所述木质素为碱木质素、木质素磺酸钠或生物质提取的木质素。

8、进一步的，所述步骤s1中，所用木质素与氧化剂的质量比为1:1-1:5。

9、进一步的，所述步骤s2中，所述金属醋酸盐为醋酸铝、醋酸铁、醋酸镁或醋酸锡。

10、进一步的，所述步骤s2中，木质素基功能炭粉末质量与金属醋酸盐摩尔质量比为1:0.5-1:2。

11、一种根据方法制备得到的金属改性木质素基功能炭材料。

12、一种金属改性木质素基功能炭材料在葡萄糖异构化制得果糖中的应用。

13、进一步的，所述应用具体为：

14、将葡萄糖投加到乙醇中，配置成底物浓度为5-100 g/l的反应溶液，所述金属改性木质素基功能炭材料作为催化剂，在微波反应装置中进行加热，反应结束后取出上层液体进行稀释，用超高效液相色谱进行定性和定量分析，所述金属改性木质素基功能炭催化剂催化葡萄糖异构化为果糖及其衍生物5-羟甲基糠醛与5-乙氧甲基糠醛。

15、进一步的，所述催化剂与葡萄糖的质量比为1:1.5-1:10；所述加热温度为40-160℃，加热时间为0.1-8 h。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明以木质素为原料，实现生物质的资源化再利用；通过化学氧化法制得高活性的木质素基功能炭材料，结合机械球磨法制得金属改性高活性木质素基功能炭材料，合成途径更加便捷、绿色且安全；木质素在氧化剂的作用下可增多表面官能，同时本发明通过机械球磨过程在催化剂中引入了金属，该材料不仅能高效转化葡萄糖异构化为果糖，同时反应时间短、选择性高，实施例的结果显示，本发明制得的金属铝改性木质素基功能炭催化剂，得到80%-100%的葡萄糖转化率和55%-60%的果糖产率。

技术特征：

1.一种金属改性木质素基功能炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金属改性木质素基功能炭的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，化学氧化法所使用的氧化剂为双氧水、浓硫酸和硝酸中的一种或多种；所述木质素为碱木质素、木质素磺酸钠或生物质提取的木质素。

3.根据权利要求2所述的金属改性木质素基功能炭的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所用木质素与氧化剂的质量比为1:1-1:5。

4.根据权利要求1所述的金属改性木质素基功能炭的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述金属醋酸盐为醋酸铝、醋酸铁、醋酸镁或醋酸锡。

5.根据权利要求1所述的金属改性木质素基功能炭的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，木质素基功能炭粉末质量与金属醋酸盐摩尔质量比为1:0.5-1:2。

6.一种根据权利要求1-5任一所述的方法制备得到的金属改性木质素基功能炭材料。

7.一种根据权利要求6所述的金属改性木质素基功能炭材料在葡萄糖异构化制得果糖中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用具体为：

9.根据权利要求8所述的应用，所述催化剂与葡萄糖的质量比为1:1.5-1:10；所述加热温度为40-160 ℃，加热时间为0.1-8 h。

技术总结
本发明适用于化学合成技术领域，提供了一种金属改性木质素基功能炭及其制备方法和应用，制备方法包括：利用化学氧化法处理木质素得到木质素基功能炭；将木质素基功能炭和金属醋酸盐进行机械球磨，再用超纯水清洗得到的材料，真空干燥，得到金属改性木质素基功能炭材料，并用于催化葡萄糖异构为果糖。本发明以木质素为原料，实现生物质的资源化再利用；制得金属改性高活性木质素基功能炭材料的途径便捷、绿色且安全；金属改性高活性木质素基功能炭材料不仅能高效转化葡萄糖异构化为果糖，同时反应时间短、选择性高；本发明制得的金属铝改性木质素基功能炭催化剂，得到80%‑100%的葡萄糖转化率和55%‑60%的果糖产率。

技术研发人员：郭海心,单建荣
受保护的技术使用者：农业农村部环境保护科研监测所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17