生物质炭磺酸的分子构筑方法及催化性能

本项目围绕固体酸材料的发展，以资源丰富的竹材为典型生物质原料进行生物质催化炭化、磺化与结构调控方法学的研究。考察介质、催化剂和炭化工艺参数对竹炭可磺化结构的影响规律，进一步探索在竹炭中通过磺化将准分子多聚苯的类石墨烯结构单元的边缘植入磺酸中心和调控表面羧基与羟基等氢键活性基团分布的修饰方法。研究竹炭磺酸在环己酮肟的液-固催化重排和丁烯与乙酸的气-固催化加成反应中的催化性能，揭示其特征结构、活性官能团与不同类型反应中催化性能之间的构效关系。发展炭材料物理化学，促进生物质转化科学理论基础的发展，为合成具有功能导向特征结构的新型炭材料提供新思路，为固体磺酸新材料的技术进步和应用研究提供科学基础。

本项目以竹屑、木材、谷壳等生物质资源为原料，采用酸催化炭化、磺化法或溶剂回流催化炭化、磺化法制备了具有高酸量的生物质炭磺酸催化剂，多数实验条件下磺酸量达到2 mmol g-1。掌握了炭化条件对炭磺酸表面酸性官能团分布的影响规律，建立了可高度磺化炭特征结构的调控方法，对催化炭化机理有了初步认识。所制备的生物质炭磺酸催化剂在缩合反应、酯化反应、水解反应和脱水反应等酸催化反应中表现出优良的催化性能。本项目的研究工作为木本及草本生物质资源的转化成固体炭磺酸催化材料的应用发展提供了理论基础。