一种锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备及其在光催化氧化木糖合成木糖酸中的应用制造技术

本文公开了一种锐钛矿相二氧化钛催化剂的制备及其在光催化氧化木糖生产木糖酸中的应用，属于催化领域。该催化剂的制备方法为：先将羧甲基纤维素钠溶于去离子水形成凝胶溶液，再在搅拌下将钛前体加入凝胶溶液中反应，充分搅拌使两者混合均匀。将形成的混合物在液氮中冷冻后，在冻干机中冻干，之后煅烧即得到该催化剂。该催化剂催化木糖氧化为木糖酸的过程为：在木糖溶液中加入碱、催化剂，在光源的照射下以恒温反应。本发明专利技术制备催化剂的方法具有较好的普适性，所用催化剂具有催化活性高、稳定好及可循环使用等优点，简单、高效的催化木糖合成木糖酸，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备及其在光催化氧化木糖合成木糖酸中的应用
本专利技术涉及一种锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备及其在光催化氧化木糖合成木糖酸中的应用，属于催化

技术介绍
随着石油等不可再生资源的日益枯竭，以可再生的生物质为原料生产化工产品已经成为实现化工产业可持续发展的趋势。欧盟白皮书在《2030年欧洲生物经济》中提出了有关生物质转化利用的相关政策，2012年美国白宫的“国家生物经济蓝图”也被提上日程。木糖酸作为生物质精炼产生的一种重要的高价值化学品，主要用于食品、制药工业和建筑行业等领域。在可持续发展的社会中，木糖酸的市场需求日益增长。目前，木糖酸主要的生产工艺是利用半纤维素生物酶水解得到木糖发酵获得。但该生物工艺存在产量低、反应条件苛刻(温度和pH值)、微生物种群控制繁琐等缺点。因此，发展一种高效、环保的方法合成木糖酸具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有木糖酸合成的不足，提供一种锐钛矿相二氧化钛光催化材料的制备及其在光催化氧化木糖合成木糖酸中的应用。本专利技术以一种简单的方法制备得到锐钛矿相二氧化钛光催化剂，再以锐钛矿相二氧化钛为光催化剂，通过光催化反应将自然界中一大糖类物质木糖氧化合成木糖酸。本专利技术制备催化剂的方法具有普适性，可大规模生产。本专利技术所用催化剂具有稳定性好、催化活性高及可循环使用等优点。本专利技术的合成方法简单易控、成本低、“绿色”无污染。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种用于光催化氧化木糖合成木糖酸的锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将凝胶物质前驱体与一定量的水混合，将凝胶物质溶解于水中形成凝胶溶液；其中，凝胶物质前驱体与水的比例为每100mL水中溶解1.0～3.0g凝胶物质。(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中滴加钛前体，充分搅拌至整个体系混合均匀；(3)将步骤(2)中得到的混合物先冷冻凝固后再进行冻干，冻干后再在氮气煅烧，得到该催化剂。根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中，所述凝胶物质前驱体为羧甲基纤维素钠、壳聚糖等。根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(2)中，所述钛前体为钛酸四丁酯、四氯化钛、碳化钛等。根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(2)中，所述煅烧之后还需进行研磨。根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(2)中，所述煅烧温度为400.0-800.0℃，所述煅烧时间为1.0～3.0h。根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(3)中，将步骤(2)中得到的混合物先使用液氮冷冻凝固后再使用冻干机进行冻干。根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(3)中，所述冻干温度为-70～-40℃，所述冻干时间为20.0～36.0h。本专利技术的锐钛矿相二氧化钛光催化材料经X-射线衍射、红外光谱等手段进行表征，并将其作为一种良好的光催化剂应用于光催化氧化木糖合成木糖酸。上述方法制备的锐钛矿相二氧化钛光催化剂在光催化氧化木糖生成木糖酸中的应用，其反应过程为：将上述的锐钛矿相二氧化钛光催化剂、木糖和碱性溶液混合均匀，在20.0～70.0℃恒温下光催化反应30.0～120.0min，光催化反应在可见光光源的照射下进行；过滤除去催化剂，将剩余的反应体系滤液经高效液相色谱仪中进行分离测定木糖酸含量。根据上述的技术方案，优选的情况下，所述碱性溶液为水溶性碱性溶液，如氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钡溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钠溶液等，优选为氢氧化钾溶液。根据上述的技术方案，优选的情况下，所述碱性溶液的浓度为0.1～3.0mol/L，优选为0.2mol/L。根据上述的技术方案，优选的情况下，所述木糖、碱性溶液、催化剂的比例为0.04～0.1g：4.0～10.0mL：5.0～30.0mg，优选为0.04g：4.0mL：5.0mg。根据上述的技术方案，优选的情况下，所述反应温度为50.0℃。根据上述的技术方案，优选的情况下，所述反应时间为30min。本专利技术锐钛矿相二氧化钛光催化剂在光催化木糖合成木糖酸中的应用，分别从反应时间，反应温度，催化剂用量以及氢氧化钾浓度等方面对实验条件进行优化。本专利技术的原理：所述锐钛矿相二氧化钛光催化剂催化氧化木糖合成木糖酸可作为一种新的能源及高价值化学品。本专利技术制备的一种锐钛矿相二氧化钛光催化剂，并将其用于光催化氧化木糖生成木糖酸的反应中，所制备锐钛矿相二氧化钛光催化剂的方法具有普适性，可大规模生产；所用的催化剂具有稳定性好、催化活性高及良好的可循环使用性等优点，简单、高效的催化木糖合成木糖酸，具有良好的应用前景；锐钛矿相二氧化钛光催化氧化木糖合成木糖酸的过程具有安全、无毒、见效快及能耗低等优点，解决了目前微生物法木糖酸存在的一系列问题，为木糖酸的合成提供了一条崭新的途径。锐钛矿相二氧化钛光催化氧化木糖合成木糖酸的反应条件比较温和。本专利技术工艺简单、反应条件易于控制、所得木糖酸在食品、制药工程以及建筑行业中被广泛应用。本专利技术的合成方法有如下优点：(1)本专利技术合成的木糖酸是一种具有高价值的化学品，是一种重要的化工中间体；(2)本专利技术的催化剂的制备方法具有普适性，可大规模生产；(3)本专利技术的催化剂的制备原料相对价廉易得，适宜于工业化生产；(4)本专利技术制备的锐钛矿相二氧化钛作为催化剂，具有热稳定好、催化活性高及可循环使用等优点；(5)本专利技术所用的合成木糖酸的方法具有安全、无毒、见效快、能耗低等优点；(6)本专利技术的锐钛矿相二氧化钛光催化氧化制备木糖酸过程可以放大化，1000倍放大实验结果说明该合成木糖酸的过程具有可工业化生产的潜力；(7)本专利技术的产品为解决能源危机问题提供了一种有效地途径。附图说明图1为实施例1中锐钛矿相二氧化钛光催化剂的XRD谱图。图2为实施例1中锐钛矿相二氧化钛光催化剂的FT-IR谱图。图3为实施例4中不同的KOH浓度对锐钛矿相二氧化钛光催化剂光催化氧化木糖合成木糖酸的影响图。图4为实施例4、实施例5中不同温度对锐钛矿相二氧化钛光催化剂光催化氧化木糖合成木糖酸的影响图。图5为实施例5、实施例6中不同的催化剂用量对锐钛矿相二氧化钛光催化剂光催化氧化木糖合成木糖酸的影响图。图6为实施例6、实施例7中不同的反应时间对锐钛矿相二氧化钛光催化剂光催化氧化木糖合成木糖酸的影响图。图7为实施例8中锐钛矿相二氧化钛光催化剂光催化氧化木糖合成木糖酸的循环影响图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的技术特点，下面通过实施例对本专利技术作进一步地说明，但是本专利技术要求保护的范围并不仅限于此。实施例1(1)分别将1.0、1.5、2.0、2.5、3.0g羧甲基纤维素钠与100.0mL的水混合，在机械搅拌下将凝胶物质溶解；(2)在步骤(1)得到的溶液中在搅拌下滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：/n(1)将凝胶物质前驱体溶解于水中形成凝胶溶液；/n其中，凝胶物质前驱体与水的比例为每100mL水中溶解1.0～4.0g凝胶物质前驱体；/n(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中滴加钛前体，混合均匀；/n其中，钛前体与水的比例为每100mL水加入1～5mL钛前体；/n(3)将步骤(2)中得到的混合物先冷冻凝固后再进行冻干，之后在氮气中煅烧，得到锐钛矿相二氧化钛催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：
(1)将凝胶物质前驱体溶解于水中形成凝胶溶液；
其中，凝胶物质前驱体与水的比例为每100mL水中溶解1.0～4.0g凝胶物质前驱体；
(2)在搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中滴加钛前体，混合均匀；
其中，钛前体与水的比例为每100mL水加入1～5mL钛前体；
(3)将步骤(2)中得到的混合物先冷冻凝固后再进行冻干，之后在氮气中煅烧，得到锐钛矿相二氧化钛催化剂。


2.根据权利要求1所述的锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述凝胶物质前驱体为羧甲基纤维素钠或壳聚糖；步骤(2)中，所述钛前体为钛酸四丁酯、四氯化钛或碳化钛。


3.根据权利要求1所述的锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧温度为400.0～850.0℃，所述煅烧时间为1.0～3.0h。


4.根据权利要求1所述的锐钛矿相二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧之后...

【专利技术属性】
技术研发人员：马纪亮，孙润仓，刘康宁，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21