超低灰太西煤基碳基固体酸材料的设计及催化应用

新型碳基固体酸催化材料的开发是提高碳材资源利用效率和催化性能及选择性的关键。现有碳基固体酸材料的酸容量低、机械强度差、表面孔隙不发达且难以调控、催化活性易流失是其主要缺点。本项目结合项目组前期研究工作，基于灰分小于2.5%的超低灰太西煤的深度开发利用，采用煤基活性炭制备及结构改性技术、热缩性树脂制备及碳化技术以及碳基磺酸化技术等，将多种多核芳构热缩性树脂高密度地修饰于中大孔发达的超低灰煤基活性炭基体表面，建立高酸性容量、机械强度高、表面孔隙发达且可控、具有高催化稳定性及选择性的煤基碳基固体酸材料的制备新方法。.该项目的实施为高性能碳基固体酸材料的制备提供一种新思路；期望以超低灰的高酸性容量、机械强度高、表面孔隙发达且可控的煤基催化材料解决精细有机合成和纤维素选择性催化转化中面临的问题，在太西煤资源有效利用与循环利用、以及在有机合成、生物质转化等领域绿色化学工艺中具有广阔的应用前景。

近年来，多功能复合型碳基固体酸由于它独特性能，备受关注。本项目主要结合项目组前期研究工作，基于灰分小于 2.5%的超低灰太西煤的深度开发利用，采用煤基活性炭制备及结构改性技术、热缩性树脂制备及碳化技术以及碳基磺酸化技术等，将多种多核芳构热缩性树脂高密度地修饰于多孔的超低灰煤基炭材基体表面，探究建立了高酸性容量（酸值在1.55——2.0mmol/g）、机械强度高、表面孔隙比较发达且可控、具有高催化稳定性及选择性的煤基碳基固体酸材料（包括系列的磁性核壳碳基固体酸、Ti02/AC-S042_光催化固体酸、异质结光催化剂等）的制备新方法（ 包括水热磺化法、气相磺化法），并采用IR、VSM、TEM、TG、XRD、XPS等分析手段对固体酸的结构、成分进行了表征分析；关联考察了材料的催化性能等，在提高煤基碳材资源利用效率和催化性能及选择性方面进行了探索研究；研究结果显示所得固体酸在某些精细有机合成反应中具有优异催化性能且重复利用性好等特点（如催化邻苯二胺与芳香醛的缩合反应、催化甲酰胺与喹啉的反应，催化一锅法三组分合成α-氨基磷酸酯反应、果糖脱水制备5-HMF反应以及醛酮的缩合反应、酯化反应等）；还探究了以糠醛渣为代表的生物质类催化转化中催化活性等。该项目的实施为高性能碳基固体酸材料的制备提供了一种新思路；为太西煤资源有效利用与循环利用、以及在有机合成、生物质转化等领域绿色化学工艺中的应用奠定了一定科学基础。