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催化剂在现代化工行业扮演着重要角色,广泛应用于石油化工和多种化学品制造。现代化工中用量最大的催化剂是硫酸,全世界每年需要消耗硫酸催化剂超1500万吨。但均相硫酸难分离,需要繁琐后处理,过程复杂且能耗高。固体酸易与反应体系分离,后处理简便,且可重复使用,得到了广泛的关注。但传统固体酸存在酸量低、热稳定性差等缺点,碳基固体酸制备过程简单,具有酸密度高、耐热及结构稳定等优点,但传统碳基固体酸比表面积小,表面极性高,传质阻力大,应用有一定局限。提高其比表面成为热点,介孔碳材料被用于碳基固体酸制备,但该方法需使用昂贵介孔模板,且脱除复杂。为解决以上问题,本论文采用绿色高效方法制备多孔碳基固体酸材料,主要研究内容包括:(1)以葡萄糖为碳源,NaHCO3为致孔剂,利用NaHCO3分解CO2和碳酸盐致孔,形成多孔碳中间体,再磺化制备多孔碳基固体酸。通过热重研究了葡萄糖和NaHCO3比例对碳化过程影响,优化了碳化条件;经磺化得到多孔碳基固体酸,通过元素分析、红外光谱、比表面积、扫描电镜等对材料结构形貌进行了表征。在优化条件下,材料比表面可达98 m2/g,对酯化和缩醛(酮)均表现了很高催化活性,反应转化率超90%。(2)采用ZnCl2熔盐法合成多孔碳基固体酸,在氯化锌熔盐离子热条件下,将葡萄糖、蔗糖、淀粉分别进行不完全碳化和磺化,制备了高比表面碳基固体酸材料。采用正交分析了实验条件对材料结构和酸值影响,优化了固体酸合成条件。在此基础上,对材料结构进行表征,比表面可高达1440 m2/g,对生物柴油反应表现了很高活性。(3)采用水热碳化法制备了磁性多孔碳基固体酸材料。以壳聚糖为碳源,利用壳聚糖氨基保护磁性核,羟乙基磺酸为酸中心,与磁性氧化铁超声分散后进行一步水热碳化制备了核壳结构的碳基固体酸。磁性核赋予材料磁性,可进行简单磁性分离,碳壳层上的酸中心易与反应物接触,提高反应活性。合成的碳基固体酸酸值为1.1mmol/g,BET比表面积较传统碳基固体酸较高为116 m2/g。材料对疏水性的苯和十二烯烷基化反应表现很高催化活性,极大拓展了碳基固体酸应用范围。