【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改性材料，尤其涉及一种咖啡渣改性材料及其制备方法与用途。
技术介绍
1、现阶段电池行业高速发展，1,3-丙烷磺酸内酯是重要的电解液添加剂之一，主要用于动力三元及数码电池中。关于1,3-丙烷磺酸内酯的工业化制备方法，国内外均有报道，均是先制备出关键中间体3-羟基丙磺酸，再将其酯化得到1,3-丙烷磺酸内酯。
2、3-羟基丙磺酸的合成方法目前主要以烯丙醇和亚硫酸氢盐为原料，加入催化剂及亚硫酸盐反应，生成3-羟基丙磺酸钠后再酸化得到。申请号为201610591392.2的中国专利公开了以丙烯醇和亚硫酸氢钠为反应原料，以去离子水为介质，在反应温度为30～80℃、以及引发剂水溶液的催化加成下反应生成3-羟基丙磺酸钠，所述的引发剂由过硫酸钠、过氧化氢、硫酸亚铁混合而成。其中，硫酸亚铁实际作用是调节体系ph至中性或弱碱性，以维持反应对ph的苛刻要求，但会造成副产硫酸盐的生成，后处理复杂；并且均相反应对催化剂的消耗是一次性的，无法回收利用而增加生产成本。
技术实现思路
1、为了解决以上技术问题，本专利技术提出一种咖啡渣改性材料及其制备方法与用途。所述改性材料以咖啡渣为原料，对环境友好，制备条件温和，生产成本低；将该改性材料用于制备3-羟基丙磺酸的反应中，产品收率高，并且无需引入亚硫酸盐维持ph，可以减少副产硫酸盐的含量，降低后处理流程及成本；此外，以所述改性材料为催化剂有利于循环套用，并且套用稳定性好，催化剂使用寿命长。
2、本专利技术首先提供一种咖啡渣改性
3、本专利技术以咖啡渣为原料，经多次氧化后制得咖啡渣改性材料催化剂，可用于烯丙醇和亚硫酸氢盐为原料制备3-羟基丙磺酸的催化反应。咖啡渣是相对于活性炭等炭素材料具有更蓬松网状结构的生物质碳材料，其不仅具有大孔组成的海绵状形貌，而且微孔结构丰富，以其为基体材料进行上述改性可以生成足够多的过氧基团，持续研究发现所得催化剂可以在不加亚硫酸盐的情况下高效催化3-羟基丙磺酸的合成。
4、本专利技术中，所述咖啡渣的来源不受限制，可以是任意种类的咖啡豆经研磨萃取水溶性物质之后剩余的固体残渣。进一步优选地，所述咖啡渣里含有占干物质总重8-13％的蛋白质，23-28％的多糖，1-2％的脂肪。
5、作为本专利技术制备方法中优选的实施方案，所述硝酸盐与咖啡渣的重量比为(1-2):1；
6、优选地，所述硝酸盐选自硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙中的至少一种。
7、作为本专利技术制备方法中优选的实施方案，所述浓硫酸的用量是咖啡渣质量的40-50倍；
8、优选地，所述浓硫酸的质量浓度为70-98wt％。
9、作为本专利技术制备方法中优选的实施方案，所述高锰酸钾的加入量为咖啡渣质量的3-8倍；和/或，
10、加入高锰酸钾之前调节体系温度为35-40℃；和/或，
11、加入高锰酸钾之后搅拌1-3h。
12、作为本专利技术制备方法中优选的实施方案，所述过氧化氢溶液的质量浓度为2-10wt％；和/或，
13、所述过氧化氢溶液的加入量为咖啡渣质量的80-120倍。
14、作为本专利技术制备方法中优选的实施方案，所述稀硫酸的质量浓度为3-5wt％；和/或，
15、所述稀硫酸的洗涤次数至少为3次；
16、优选地，所述干燥的方式为冷冻干燥。
17、本专利技术还提供一种通过前文所述的方法制得的咖啡渣改性材料。
18、本专利技术还提供一种通过前文所述的方法制得的咖啡渣改性材料在催化制备3-羟基丙磺酸中的应用。
19、作为本专利技术应用中优选的实施方案，包括使溶解后的烯丙醇、亚硫酸氢盐以咖啡渣改性材料为催化剂进行反应，制备3-羟基丙磺酸盐的步骤；反应结束后，向滤液中加入浓硫酸进行酸化，制得3-羟基丙磺酸。
20、作为本专利技术应用中优选的实施方案，反应压力为常压，反应温度为20-80℃，优选50℃-60℃，反应时间为0.2-2h，优选0.8-1h；
21、优选地，所述烯丙醇在溶解体系中的质量浓度为10-20wt％，优选12-18wt％；和/或，所述亚硫酸氢盐在溶解体系中的质量浓度为18-36wt％，优选21-33wt％。
22、所述溶解体系是指烯丙醇、亚硫酸氢盐和溶剂组成的混合物，其中溶剂优选水，或水和其他溶剂的混合物。
23、优选地，所述亚硫酸氢盐选自亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢钙中的至少一种；
24、优选地，所述咖啡渣改性材料的用量为烯丙醇质量的5-12wt％；
25、优选地，所述浓硫酸的用量为烯丙醇质量的1.5-2倍。
26、进一步地，对于酸化后的后处理方法，可以采用任意已知的提纯方式得到产物纯品，例如脱水、萃取、减压蒸馏、重结晶中的一种或多种的结合。
27、本申请的有益效果在于：
28、以咖啡渣为原料，制得了一种环境友好、反应条件温和、工艺简单的咖啡渣改性材料催化剂。通过该催化剂催化合成3-羟基丙磺酸可以避免亚硫酸盐的使用，从而降低副产物含量以及原料的消耗，并且催化效率高，产品收率高，循环套用稳定性好，具有显著的应用优势。
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1.一种咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将咖啡渣与硝酸盐加入浓硫酸中，再加入高锰酸钾，搅拌至少1h后加入过氧化氢溶液，升温至90-98℃，反应1-5h后使用稀硫酸洗涤过滤多次后干燥，得到所述咖啡渣改性材料。
2.根据权利要求1所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐与咖啡渣的重量比为(1-2):1；
3.根据权利要求1所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的用量是咖啡渣质量的40-50倍；
4.根据权利要求1-3任一项所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述高锰酸钾的加入量为咖啡渣质量的3-8倍；和/或，
5.根据权利要求1-4任一项所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述过氧化氢溶液的质量浓度为2-10wt％；和/或，
6.根据权利要求1-5任一项所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述稀硫酸的质量浓度为3-5wt％；和/或，
7.一种通过权利要求1-6任一项所述的方法制得的咖啡渣改性材料。
8.一种通过权利要求1-6任一
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括使溶解后的烯丙醇、亚硫酸氢盐以咖啡渣改性材料为催化剂进行反应，制备3-羟基丙磺酸盐的步骤；反应结束后，向滤液中加入浓硫酸进行酸化，制得3-羟基丙磺酸。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，反应压力为常压，反应温度为20-80℃，优选50℃-60℃，反应时间为0.2-2h，优选0.8-1h；
...【技术特征摘要】
1.一种咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将咖啡渣与硝酸盐加入浓硫酸中，再加入高锰酸钾，搅拌至少1h后加入过氧化氢溶液，升温至90-98℃，反应1-5h后使用稀硫酸洗涤过滤多次后干燥，得到所述咖啡渣改性材料。
2.根据权利要求1所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐与咖啡渣的重量比为(1-2):1；
3.根据权利要求1所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的用量是咖啡渣质量的40-50倍；
4.根据权利要求1-3任一项所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述高锰酸钾的加入量为咖啡渣质量的3-8倍；和/或，
5.根据权利要求1-4任一项所述的咖啡渣改性材料的制备方法，其特征在于，所述过氧化氢溶液的质量浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：管兴龙，吕艳红，陈弘，陈来中，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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