煤化程度对煤基固体酸结构及其水解纤维素性能的影响

利用煤具有缩合芳环、脂肪侧链及含氧官能团的结构特点,采用不同煤化程度的煤为碳源,在不同炭化温度下制备了煤基固体酸催化剂(CSA)。通过XRD、FT-IR、13C NMR对催化剂结构进行了表征。以还原糖和葡萄糖的产率为考察指标,探讨了煤化程度和炭化温度对煤基固体酸非均相催化水解纤维素的影响。结果表明,煤作为碳源具有传统碳源所不具备的结构优势,煤基固体酸碳层片上除含有磺酸基、酚羟基和羧基外,还含有传统碳基固体酸不具备的桥键(-O-、-CH2-)和侧链(-CH3、-OCH3、-CH2CH3)。除磺酸基外,其余均由煤的结构演化而来。随着炭化温度的升高,催化剂的芳香度增大、活性基团的种类和数量减少、磺酸基密度逐渐下降,且随着煤化程度增加,煤基固体酸结构可调性降低,所需要的最佳炭化温度也逐渐降低。不同种类的煤基固体酸在水解纤维素过程中表现出了较高的活性,其中,霍林河煤基固体酸的活性最高。水解活性受催化剂芳香片层大小及堆叠高度、片层之间桥键和磺酸基密度等因素的影响,是众多活性基团协同作用的结果。

煤基固体酸催化高酸值棕榈油甲酯化研究

选择高含氧量、中等变质程度的神木煤制备煤基固体酸催化剂,以棕榈油脱酸、脱臭馏出物为原料进行甲酯化反应,通过正交实验研究了催化剂用量、甲醇量、反应时间、反应温度对酯化反应的影响并优化了反应条件。结果表明,煤基固体酸催化剂催化效果明显好于浓硫酸,催化剂用量和反应时间对游离脂肪酸酯化率有十分显著的影响,在最佳反应条件下酯化率可达94.70%;催化剂中所含的-OH等极性基团以及-CH3等疏水的烷基侧链使得其与甲醇和油都能良好接触,并且其结构中的-O-,-CH2-等桥键可增加碳骨架的灵活度,降低空间位阻,增加磺酸基的可及性,较大程度地提高了其催化活性。经过变质作用的烟煤自身结构较稳定,由其碳化制得煤基固体酸的结构更加稳定,在酯化反应中表现出了非常好的重复利用性。

一步炭化磺化法制备煤基固体酸催化剂及其表征

以胜利褐煤为原料,通过浓硫酸一步炭化磺化法制备煤基固体酸催化剂,以油酸和甲醇的酯化反应评价催化剂的催化活性。采用单因素实验考察了固液比、磺化温度、磺化时间对催化活性的影响。采用红外光谱、元素分析、BET、SEM、XRD、热重分析等对煤基固体酸催化剂进行表征。结果表明,当磺化温度为110℃、磺化时间为90 min、固液比为1∶17时,煤基固体酸催化剂具有最优的催化活性,其催化油酸和甲醇的酯化反应的酯化率达到93.50%。煤基固体酸催化剂为具有较低石墨化程度的无定形碳结构,磺酸基已成功键合到了碳基载体上,同时具有丰富的含氧官能团,其表面呈现密集孔结构,且以介孔为主。煤基固体酸催化剂在低于140℃时具有较好的热稳定性,重复使用5次后,催化酯化率为57.21%。