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中科大研制纳米纤维固体酸催化剂

来源:中国化工报    编辑:绿色化工信息网

【绿色化工网讯】由于具有安全、绿色、腐蚀性小、易回收等诸多优点,固体酸催化剂(SACs)逐渐取代传统液体酸催化剂,在各类化工生产中发挥着重要作用,成为酸催化领域的重要研究方向。近日,中国科学技术大学教授俞书宏和梁海伟团队开发出一种基于价廉细菌纤维素宏量制备新型纳米纤维固体酸催化剂的方法,并探究了其在几种重要化学工业催化反应中的应用前景。

  据介绍,传统SACs存在酸密度低、稳定性差、成本较高及催化性能有待提升等缺点。近年来,研究人员相继开发出了一系列新型SACs,其中较为突出的是碳水化合物衍生的磺化碳基材料,这类固体酸催化剂对亲水性反应展示出良好的催化性能。然而,该类材料的比表面积和孔隙率低,制约了其在疏水性反应中的应用。中科大开发的这种新型固体酸催化剂可通过不完全碳化和磺化天然纳米纤维素来制备,由于该制备工艺简单、成本低廉,因此易于推广使用。更为重要的是,制备的SACs保留了天然纤维前驱物的三维纳米纤维网络结构,具有较高的比表面积和大孔容。此外,高效的磺化工艺使该纳米纤维具有丰富的Bronsted酸位点。

  在一系列重要的酸催化反应中,包括α-甲基苯乙烯的二聚反应、油酸的酯化反应和频哪醇重排反应,这种新型SACs的催化性能均优于目前通用的固体酸催化剂,甚至在某些情况下性能优于经典的液体酸催化剂硫酸。此外,该新型SACs在其他重要反应中也展现出卓越的性能,如β-烯酮/酯的合成和硝基苯还原等。

  该研究表明,今后有望利用廉价生物质细菌纤维素来制备高效纳米纤维固体酸催化剂。这种新型纳米纤维SACs因其制备工艺简单、原料低廉易得,可以实现规模化生产,有望在化工领域推广使用。此外,该方法体系还可以拓展到价格更加低廉的木材基纳米纤维来制备高效的新型SACs,同时也可推广到其他SACs体系,如磷酸化SACs等,为进一步开发基于纳米结构生物质材料的绿色、可持续、高效催化剂提供了新的思路。