一种由废旧聚苯乙烯泡沫制备炭基固体磺酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种由废旧聚苯乙烯泡沫制备炭基固体磺酸的方法，本发明专利技术制备的炭基固体磺酸可用作生物柴油制备的催化剂和酯化反应的催化剂等。本发明专利技术提供的一种由废旧聚苯乙烯泡沫制备炭基固体磺酸的方法是：将废旧聚苯乙烯泡沫溶解在有机溶剂中，加入少量的浓硫酸，加热搅拌，先进行磺化反应，之后回收有机溶剂，进而继续升温加热部分碳化，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。该制备方法具有操作简单、得到的炭基固体磺酸酸密度高和便于工业化实施等特点，为废旧聚苯乙烯泡沫的回收利用提供了一种新方法和新途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于制备固体酸的

技术介绍
炭基固体磺酸是一种以炭为基体的、含有磺酸基团的、部分碳化的、既耐水又耐有机溶剂的新型酸性材料，可以根据其性能应用到许多化学化工需要酸催化的反应中。2004 年，Hara 等人(Angrew.Chem.，Int.Ed.，2004，43 (22):2955-2958)利用硫酸在200°C-30(TC对萘进行部分磺化和碳化，合成了含有磺酸基团的炭基固体磺酸，提出了炭基固体磺酸的概念。2005年Toda等(Nature，2005 (438):178)介绍了利用葡萄糖和蔗糖在低温下先进行不完全碳化，然后通过硫酸磺化引进磺酸基团，得到了基于生物质材料的炭基固体磺酸，它的催化活性等同于硫酸，Toda等还将其应用于生物柴油的合成，从而引起了化学工作者对炭基固体磺酸催化剂的研究兴趣。之后，许多基于上述制备思路，选用不同原料的制备方法相继报道，其制备原料分别有葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、小米、木粉、稻草、椰壳和糠醛等。但这些方法使用的硫酸或发烟硫酸都是大大过量的，长时间在200-250°C使用硫酸的体系进行反应，随后真空蒸馏除去过量的硫酸或用大量的水稀释来除去硫酸，都不利于炭基固体磺酸的大量制备。另一方面，废旧聚苯乙烯泡沫是一种含碳量较高的高分子材料，其结构中含有苯环，可以在浓硫酸存在下进行磺化反应制备絮凝剂和在高温下进行碳化制备活性炭的研究已有报道(C.Grossi, et.al，Fuel，2010，89:257-259 ;王喜超，姜日善，化学研究与应用，2010，22 (6) =770-773 ;刘波，杜春霖，辽东学院学报，2005，2:41_43，24 ;李海朝，张小祥，胡旭，林产化学与工业，2009，29 (4) =117-120)。但以少量的浓硫酸对废旧聚苯乙烯泡沫进行磺化，然后在适当的温度下进行部分碳化，制备一种不溶于水、不溶于酸碱溶液、不溶于大多数有机溶剂的炭基固体酸性材料的研究还未见报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供。本专利技术提供的方法为:取一定量的废旧聚苯乙烯泡沫溶于有机溶剂中，加热搅拌下与浓硫酸进行磺化反应。然后回收有机溶剂，进一步升温反应，进行部分碳化，最后，经过过滤、洗涤和干燥得到炭基固体磺酸。该制备方法避免了使用大量的硫酸，具有操作简单、得到的炭基固体磺酸酸密度高和便于工业化实施等特点。本专利技术解决所述制备炭基固体磺酸技术问题的技术方案是，设计，该制备方法适用于本专利技术所述的炭基固体磺酸，具体工艺为:将废旧聚苯乙烯泡沫溶解在一种或几种有机溶剂的混合物中，以废旧聚苯乙烯泡沫为基准物，加入废旧聚苯乙烯泡沫摩尔数0.5 6倍质量的浓硫酸，加热搅拌，保持温度50 160°C，分离生成的水，反应0.3 6小时后，回收有机溶剂，然后继续在200 320°C加热部分碳化I 8小时，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。与现有技术的炭基固体磺酸制备方法相比，本专利技术提供的是一种新型的制备方法。使用的原料为废旧聚苯乙烯泡沫，使用的浓硫酸量较少，利用有机溶剂先溶解废旧聚苯乙烯泡沫，减少其体积，促进磺化反应。同时制备工艺简单，得到的炭基固体磺酸酸密度高，适宜大规模的工业化生产。具体实施例方式下面结合实施例进一步叙述本专利技术。具体实施例不限制本专利技术的权利要求。本专利技术所述炭基固体磺酸制备方法技术方案是，采用废旧聚苯乙烯泡沫与浓硫酸制备炭基固体磺酸，该制备方法适用于本专利技术所述的炭基固体磺酸，具体工艺为:将废旧聚苯乙烯泡沫溶解在环己烷或四氯化碳以及它们的混合物中，以废旧聚苯乙烯泡沫为基准物，加入废旧聚苯乙烯泡沫摩尔数I 3倍质量的浓硫酸，加热搅拌，保持温度80 140°C，分离生成的水，反应I 3小时后，回收有机溶剂，然后继续在200 260°C加热部分碳化I 8小时，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。本专利技术所述的得到的炭基固体磺酸酸密度高，最高酸值可达5.0mmol/g左右。在申请人检索的范围内，未见有使用该方法制备炭基固体磺酸的文献报道。又由于本专利技术所述的炭基固体磺酸采用市场上易于得到并且价格比较低廉的废旧聚苯乙烯泡沫为合成原料，具有成本低、易于工业化和实际应用的优势。同时为废旧聚苯乙烯泡沫的开发和利用提供了一种新的途径。本专利技术未述及之处适用于现有技术。实施例1:把5.0g废旧聚苯乙烯泡沫溶于30mL环己烷中，然后在搅拌下滴加6g 98%硫酸。反应温度控制在80 140°C，反应3小时后，蒸馏回收环己烷。之后升温至220°C，加热部分碳化2小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸8.2g，酸密度4.48mmol/g。实施例2:把5.0g废旧聚苯乙烯泡沫溶于30mL四氯化碳中，然后在搅拌下滴加IOg 98%硫酸。反应温度控制在80 140°C，反应3小时后，蒸馏回收四氯化碳。之后升温至220°C，加热部分碳化3小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸7.6g，酸密度4.62mmol/g。实施例3把5.0g废旧聚苯乙烯泡沫溶于30mL环己烷中，然后在搅拌下滴加14g98%硫酸。反应温度控制在80 140°C，反应3小时后，蒸馏回收环己烷。之后升温至220°C，加热部分碳化I小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸8.2g，酸密度4.98mmol/g。实施例4把5.0g废旧聚苯乙烯泡沫溶于30mL环己烷中，然后在搅拌下滴加14g98%硫酸。反应温度控制在80 140°C，反应3小时后，蒸馏回收环己烷。之后升温至260°C，加热部分碳化2小时，固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，然后用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，即可得到炭基固体磺酸7.0g，酸密度2.49mmol/g。实施例55g废旧聚苯乙烯泡沫，30mL环己烧，9.5g浓硫酸，120 140°C加热回流I小时后蒸出环己烷。升温至200°C，反应5小时，把得到的固体取5份，每份2.0go分别在200、220、240、260、29(TC甘油外浴条件下部分碳化反应3小时，然后固体物加水煮至沸腾，抽滤，热水洗涤至滤液为中性，用少量乙醇洗涤滤饼至少三次，干燥脱水，得到相应的炭基固体磺酸，酸密度分别为:4.98,4.33,2.38、1.62 和 0.87mmol/g。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由废旧聚苯乙烯泡沫制备炭基固体磺酸的方法，其特征在于本专利技术提供的方法为：将废旧聚苯乙烯泡沫溶解在一种或几种有机溶剂的混合物中，以废旧聚苯乙烯泡沫为基准物，加入废旧聚苯乙烯泡沫摩尔数0.5～6倍质量的浓硫酸，加热搅拌，保持温度50～160℃，分离生成的水，反应0.3～6小时后，回收有机溶剂，然后继续在200～320℃加热部分碳化1～8小时，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。

【技术特征摘要】
1.一种由废旧聚苯乙烯泡沫制备炭基固体磺酸的方法，其特征在于本发明提供的方法为:将废旧聚苯乙烯泡沫溶解在一种或几种有机溶剂的混合物中，以废旧聚苯乙烯泡沫为基准物，加入废旧聚苯乙烯泡沫摩尔数0.5 6倍质量的浓硫酸，加热搅拌，保持温度50 160°C，分离生成的水，反应0.3 6小时后，回收有机溶剂，然后继续在200 320°C加热部分碳化I 8小时，过滤水洗醇洗，即可得到炭基固体磺酸。2.根据权利要求1所述的一种由废旧聚苯乙烯泡沫制备炭基固体磺酸的方法，其特征在于在所述的一种或几种有机溶剂的混合物是含碳原子为I 18的各类烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物、含...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明林，张西娟，刘晓娟，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：