【摘要】：采用雙模板自組裝、炭化、氫氟酸蝕刻和磺化等手段制備了具有分級(jí)有序多孔結(jié)構(gòu)的磺化碳(SCHOP),并分別在500、600和700℃考察了炭化溫度對(duì)分級(jí)有序多孔碳微觀結(jié)構(gòu)的影響;以催化果糖脫水制備5-羥甲基糠醛(5-HMF)為探針?lè)磻?yīng),評(píng)價(jià)了SCHOP的催化效果。結(jié)果表明,500℃焙燒所制備的SCHOP具有最高的催化活性。SEM、TEM和N2吸附-脫附表明,所制備的催化劑具有規(guī)整的分級(jí)有序孔結(jié)構(gòu),但過(guò)高的炭化溫度會(huì)降低炭材料微觀結(jié)構(gòu)的有序性;FT-IR、EDS和-SO3H含量測(cè)定表明,通過(guò)磺化可在碳基體上有效引入磺酸基,炭化溫度過(guò)高會(huì)降低炭材料的芳香性,不利于磺酸基的引入。130℃下反應(yīng)20 min,果糖的轉(zhuǎn)化率和5-HMF的收率分別高達(dá)96.1%和93.4%,表明SCHOP是一種高效固體酸催化劑。
【圖文】：

S-TWIN)來(lái)表征;其比表面積、孔容和孔徑等采用N2吸附-脫附儀(ASAP2010)測(cè)試;傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IＲ)(Nicolet5700)用于測(cè)定特征官能團(tuán);X射線能譜儀(EDS)(OxfordINCAEnergy)用于測(cè)定催化劑表面元素成分。催化劑的磺酸基(－SO3H)含量測(cè)定采用中和滴定法［22］。取50mg樣品分散于20mL飽和NaCl溶液中，超聲振蕩60min，取上清液，加入2滴酚酞指示劑，用0．01mol/LNaOH滴定，當(dāng)濾液由無(wú)色變?yōu)槲⒓t色時(shí)為滴定終點(diǎn)。1．4果糖催化脫水果糖催化脫水反應(yīng)是在帶回流冷凝管的100mL三口燒瓶中進(jìn)行的，采用磁力攪拌加熱套控溫和調(diào)整攪拌速率。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將1．0g果糖溶于30mLDMSO中，加入催化劑在設(shè)定溫度和攪拌條件下反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)間從溫度達(dá)設(shè)定值開(kāi)始計(jì)時(shí)，并每隔一定時(shí)間取樣測(cè)定5-HMF和果糖的含量。1．5分析方法反應(yīng)液中的果糖和5-HMF采用Waterse2695高效液相色譜進(jìn)行定量分析。果糖的定量分析采用Waters2414示差折光檢測(cè)器和WelchUltimateXB-NH2(250mm×4．6mm，，5μm)色譜柱，柱溫:40℃，流動(dòng)相為體積比3∶1的乙腈水溶液，流量為1mL/min。5-HMF的分析條件為:Waters2489紫外檢測(cè)器、WatersXbridgeC18色譜柱，柱溫:30℃，流動(dòng)相是體積比為95∶5的甲醇水溶液，流量為0．8mL/min。2結(jié)果與討論2．1孔結(jié)構(gòu)的表征圖1為不同樣品的SEM照片以及SCHOP的TEM照片。圖1催化劑的掃描電鏡和透射電鏡照片F(xiàn)igure1SEMimagesandTEMimages(a):HOPC-500;(b):HOPC-600;(c):HOPC-700;(d):SCHOP-500;(e):SCHOP-600;(f):SCHOP-700;(g):SCHOP-500;(h):SCHOP-600;(i):SCHOP-7001343第11期王建剛等:分級(jí)有序多孔磺化碳催化果糖轉(zhuǎn)化制5-羥甲基糠醛

表1為各樣品的結(jié)構(gòu)參數(shù)。比較HOPC-500和SCHOP-500可以看出，在磺化前比表面積為232m2/g，磺化后為181m2/g，表明磺化后比表面積有所下降。結(jié)合SEM和TEM照片可以看出，磺化前后炭材料的分級(jí)有序孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯改變。隨著焙燒溫度升高，SCHOP的比表面積增大，這可能是在高的焙燒溫度下，酚醛樹(shù)脂炭化更徹底，模板F127脫除更干凈，從而形成更多的介孔和微孔結(jié)構(gòu)，因而比表面積有所增大［24］。綜合以上分析，磺化后獲得的磺化碳能夠很好地保留原炭材料的分級(jí)有序孔結(jié)構(gòu)，SCHOP-500的分級(jí)結(jié)構(gòu)有序性最高。圖2N2吸附-脫附等溫線(a)和孔徑分布(b)Figure2N2adsorption-desorptionisotherm(a)andporesizedistribution(b)1344燃料化學(xué)學(xué)報(bào)第44卷


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