一種介孔碳基固體酸的制法及其制得的介孔碳基固體酸和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種具有表面酸性的介孔碳。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔碳材料在吸附、催化、生物分子分離、生物酶、儲(chǔ)氫以及電化學(xué)方面有廣泛的應(yīng)用。目前為止，介孔碳的合成主要有兩種路線，一種是利用有序的介孔硅、介孔硅鋁材料等有序的前體為模板，利用蔗糖、葡萄糖、糠醇等為碳源通過納米鑄造的方法來合成，該方法可以統(tǒng)稱為“硬模板”的方法，如，復(fù)旦大學(xué)劉曉英的專利，申請(qǐng)?zhí)?03114799.2，北京工業(yè)大學(xué)戴洪興的專利，申請(qǐng)?zhí)?200710118755.1，華東師范大學(xué)單永奎的專利，申請(qǐng)?zhí)?200710036630.4;另外一種主要的合成方法是所謂的“軟模板”的方法，該軟模板的方法通常是利用非離子性的表面活性劑為模板，以可溶性的樹脂為碳源通過溶液中的有機(jī)-有機(jī)自組裝來形成有序的介孔中間相，通過高溫惰性氣氛中被燒取出模板，碳化碳源得到有序介孔碳材料，如復(fù)旦大學(xué)的趙東元的專利所述，申請(qǐng)?zhí)?200710044247.3 ； 200610024389.9 ；200610023663.0，在該軟模板的方法基礎(chǔ)上同時(shí)出現(xiàn)了一些摻雜的碳基材料，如上海師范大學(xué)的李合興的專利，申請(qǐng)?zhí)?200610148372.4; 200610148374.3; 200610148375.8。以上兩種方法是目前為止介孔碳基材料主要的合成方法，硬模板的方法可以得到高度有序的介孔碳基材料，但是其合成過程煩瑣，而且成本高?；谟袡C(jī)-有機(jī)的作用的軟模板方法是一種很有前途的方法，目前的合成方法大都是利用可溶性的酚醛樹脂高分子材料為碳源，但是其組裝過程需要對(duì)體系的酸堿度進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，因此增加了合成介孔碳的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種介孔碳基固體酸的制備方法，本發(fā)明采用了價(jià)格低廉的碳水化合物為碳源，大大降低了成本，利用操作簡單的蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝碳化的方法制備。
[0004]本發(fā)明可以通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種介孔碳基固體酸的制備方法，它包括下列步驟:
[0006]步驟1、將3.42-3.60g水溶性的碳水化合物溶解于40ml水中得到前體溶液；
[0007]步驟2、稱取0.5-1.5g非離子型表面活性劑并將其溶解于步驟I所制備的前體溶液中得到前體和模板的混合溶液；
[0008]步驟3、量取5.0ml的無機(jī)酸并將其溶解于步驟2所制備的混合溶液中；
[0009]步驟4、將步驟3中制備的包含前體，模板和無機(jī)酸的混合溶液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，然后將培養(yǎng)皿先在40-60°C下蒸發(fā)6h，然后在100-150°C熱固6-24h，得到前體和模板的混合物；
[0010]步驟5、將步驟4得到的混合物在惰性氣氛下直接焙燒去除模板得到介孔碳基固體酸。
[0011 ]上述的介孔碳基固體酸的制備方法，步驟I所述的可溶性碳水化合物為蔗糖，葡萄糖，果糖。
[0012]上述的介孔碳基固體酸的制備方法，步驟2所述的非離子型表面活性劑為P123，F(xiàn)127、F108。
[0013]上述的介孔碳基固體酸的制備方法，步驟3所述的無機(jī)酸為濃硫酸(98%)，濃磷酸(85%)0
[0014]上述的介孔碳基固體酸的制備方法，步驟5所述的焙燒溫度為400°C，升溫速率為I°C/min.
[0015]—種上述介孔碳基固體酸的制備方法制得的介孔碳基固體酸。
[0016]上述的介孔碳基固體酸在催化果糖轉(zhuǎn)化制備5-輕甲基糠醛中的應(yīng)用。
[0017]—種采用上述的介孔碳基固體酸催化果糖轉(zhuǎn)化制備5-羥甲基糠醛方法，它包括下列步驟:
[0018]步驟1、將10mg果糖溶于1ml溶劑中，在果糖溶液中加入80mg的上述的有序介孔碳基固體酸；
[0019]步驟2、將步驟I的混合體系在惰性氣體保護(hù)下加熱至700C后攪拌反應(yīng)0-6小時(shí)，每隔一個(gè)小時(shí)取一次樣，取樣后通過離心除去催化劑，得到產(chǎn)物的溶液，對(duì)反應(yīng)體系利用高效液相色譜進(jìn)行檢測(cè)分析，到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后停止反應(yīng)。
[0020]該方法對(duì)果糖催化轉(zhuǎn)化制備5-輕甲基糠醛的收率達(dá)到85%。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]1.本方法采用了價(jià)格低廉的格低廉的碳水化合物為碳源，大大降低了成本；
[0023]2.蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝碳化的方法的操作簡單，制備過程時(shí)間短，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0024]3.利用本發(fā)明制備的介孔碳基固體酸可以作為催化劑用于果糖催化轉(zhuǎn)化。
【附圖說明】
[0025]下面利用附圖對(duì)該發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0026]圖1為介孔碳基固體酸的透射電鏡照片。
[0027]圖2為介孔碳基固體酸的小角和廣角X射線衍射圖。
[0028]圖3為介孔碳基固體酸的氮?dú)馕矫摳降葴鼐€。
[0029]圖4為介孔碳基固體酸的孔徑分布曲線。
[0030]圖5為介孔碳基固體酸的紅外光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明將用以下的實(shí)施例來加以詳細(xì)的說明，但這些實(shí)施例僅是為說明本發(fā)明，而本發(fā)明并不局限于此。
[0032]實(shí)施例1
[0033]稱取3.42g蔗糖，將其共同溶解于40ml水中得到前體溶液，然后將0.5gP123溶解于前體溶液中得到前體和模板的混和溶液。將5ml濃硫酸(98 % )緩慢加入到前體和模板的混合溶液中，攪拌均勻，將前體和模板的混合溶液轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，在溫度為40°C下保持6h，然后轉(zhuǎn)移至100°C烘箱內(nèi)繼續(xù)保持6h后得到前體和模板的混合物，將得到的混合物在惰性氣氛下以升溫速率為l°C/min至400°C焙燒4h去除模板，即得到介孔碳基固體酸。產(chǎn)物的形貌通過透射電鏡表征，如圖1所示，產(chǎn)物的結(jié)晶性通過X射線衍射圖表征，如圖2的光角X射線衍射圖所示，產(chǎn)物的孔結(jié)構(gòu)通過透射電鏡和氮?dú)馕降葴鼐€表征，如圖3和圖4所示。
[0034]實(shí)施例2
[0035]稱取3.42g蔗糖，將其共同溶解于40ml水中得到前體溶液，然后將1.0gF127溶解于前體溶液中得到前體和模板的混和溶液。將5ml濃磷酸(85 % )緩慢加入到前體和模板的混合溶液中，攪拌均勻，將前體和模板的混合溶液轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，在溫度為50°C下保持6h，然后轉(zhuǎn)移至100°C烘箱內(nèi)繼續(xù)保持6h后得到前體和模板的混合物，將得到的混合