一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法及其应用

本发明涉及催化材料，具体的涉及一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法及其应用。

背景技术：

1、随着社会的进步与发展，人们对能源需求的持续增长、对矿物资源的持续开发，造成化石燃料短缺，环境污染严重。资源的再循环、再利用，成为了当前的研究热点。工业废木质素主要是纤维素纸浆生产过程中所产生的副产物，主要来源于纸浆厂的黑液和生物质乙醇炼制厂的废渣，因为其本身的结构复杂而难以被直接利用。大部分的废木质素通过直接燃烧来获得能量，少部分则通过生物精炼和化学技术被制成了精细的化工产品从而实现了高值化利用。随着绿色化学的概念被提出，废木质素的资源化利用得到了广泛关注。木质素磺酸钠是一类具有苯环结构的立体网状大分子，含碳量丰富，结构中还含有许多羟基、羧基和磺酸基等官能团，因其价格低廉、含碳量高(达55％～66％)、碳化过程中无有毒有害物质，以它为原料生产的各种复合材料被应用在吸附、医药、能源储存和催化等领域。

2、尤其在催化领域中，由于碳材料的导电性和耐酸碱稳定性好而被广泛应用。木质素碳有丰富的含氧和磺酸基官能团，可通过静电吸附与催化剂活性组分提前偶联，一步碳化得到木质素碳基催化剂。木质素碳材料的制备方式简单、价廉易得，作为催化剂及其前驱体有很大的应用潜力。近年来，木质素碳材料在电催化、光催化和电催化领域应用得越来越多。苯甲醛是重要的化工原料，广泛应用在医药、印染行业。工业上通常将甲苯侧链氯化，再酸性水解以获得苯甲醛，得到的主要副产品是苯甲酸，且掺有氯化物的苯甲醛的化学选择性降低，这对它在食品与香料产业中的应用造成了影响。

3、在绿色环保的发展理念下，开发一种新型的、清洁高效的生产工艺迫在眉睫。苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛的工艺路线更加简单，是苯甲醛生产的理想途径。木质素碳基催化剂的选择性好、表面活性高，制备方法简便、产量大，可以在较为温和的条件下对苯甲醇进行催化氧化生成苯甲醛，是替代含氯催化剂及金属基催化剂且非常有发展前景的高活性催化剂类型。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法及其应用。

2、为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：提供了一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，包括如下步骤：

3、步骤s11：制备共溶胶；

4、将所述工业木质素磺酸钠与磷酸混合，搅拌使木质素磺酸钠完全溶解于磷酸中，制备获得共溶胶；

5、步骤s12：制备硫磷共掺杂非金属碳；

6、将所述共溶胶直接碳化处理，制备获得硫磷共掺杂非金属碳。

7、在一实施例中，所述步骤s11中，所述工业木质素磺酸钠与所述磷酸的质量比为(0.2～2)：1。

8、在一实施例中，所述步骤s12中碳化温度为500℃～900℃。

9、在一实施例中，所述磷酸为分析纯，质量分数为85wt％。

10、在一实施例中，在所述步骤s11中，所述工业木质素磺酸钠与磷酸的比例大于1：1时，在60℃～80℃下加热2～6小时使木质素磺酸钠完全溶解于磷酸中。

11、其次，本发明还提供了一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的应用，使用上述任一项所述的基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法制备获得的硫磷共掺杂非金属碳基催化剂催化苯甲醇氧化生成苯甲醛的反应。

12、在一实施例中，包括如下步骤：

13、步骤s21：在玻璃管中加入苯甲醇和制备获得的硫磷共掺杂非金属碳；

14、步骤s22：向所述步骤s21的体系中加入溶剂正己烷，内标物十二烷，混合均匀获得反应溶液；

15、步骤s23：向所述步骤s22的反应溶液中通入氧气，加热开始反应。

16、综上所述，本发明具备以下有益效果：

17、本发明通过磷酸溶解木质素磺酸钠形成的共溶胶体系，提高了碳基催化剂活性位点的掺杂量和均匀分散性；另外，本发明采用工业木质素磺酸钠作为原料，成本低廉，易于获取，为工业木质素的高值化利用提供了新的思路。本发明将硫磷共掺杂非金属碳用于苯甲醇进行催化氧化生成苯甲醛时的催化剂，硫磷共掺杂非金属碳具有良好的催化性能，对于苯甲醇的选择性催化氧化中表现出优异的活性和选择性。

技术特征：

1.一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，其特征在于，所述步骤s11中，所述工业木质素磺酸钠与所述磷酸的质量比为(0.2～2)：1。

3.根据权利要求2所述的一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，其特征在于，所述步骤s12中碳化温度为500℃～900℃。

4.根据权利要求3所述的一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，其特征在于，所述磷酸为分析纯，质量分数为85wt％。

5.根据权利要求4所述的一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，其特征在于，在所述步骤s11中，所述工业木质素磺酸钠与磷酸的比例大于1：1时，在60℃～80℃下加热2～6小时使木质素磺酸钠完全溶解于磷酸中。

6.一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的应用，其特征在于，使用权利要求1～5任一项所述的基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法制备获得的硫磷共掺杂非金属碳基催化剂催化苯甲醇氧化生成苯甲醛的反应。

7.如权利要求6所述的一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的应用，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了提供了一种基于工业木质素磺酸钠掺杂溶胶制备硫磷共掺杂非金属碳基催化剂的方法，包括如下步骤：步骤S11：制备共溶胶；将所述工业木质素磺酸钠与磷酸混合，搅拌使木质素磺酸钠完全溶解于磷酸中，制备获得共溶胶；步骤S12：制备硫磷共掺杂非金属碳；将所述共溶胶直接碳化处理，制备获得硫磷共掺杂非金属碳。本发明通过磷酸溶解木质素磺酸钠形成的共溶胶体系，提高了碳基催化剂活性位点的掺杂量和均匀分散性；另外，本发明采用工业木质素磺酸钠作为原料，成本低廉，易于获取，为工业木质素的高值化利用提供了新的思路。

技术研发人员：孟娟,张安政,陈淑豪,秦恒飞,张洪雨,林赛,罗京,蒋杰,程龙
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10