一種銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑的制備方法，屬于生物質基催化劑制備技術領域。本發明以干木耳為原料經高壓脈沖熱提得到銀耳多糖溶液，再以互花米草稈制得多孔生物碳，用銀耳多糖溶液和微生物對其復合改性，通過還原沉積法將金屬鈀納米粒子沉積在生物碳表面，干燥后即得偶聯反應催化劑。本發明制備步驟簡單，載體比表面積大，熱穩定性、抗氧化性分別提高了26.53%以上和29.38%以上；在催化反應過程中分散性好，催化活性提高了25.6%以上，在自然環境中易降解，無污染。
【專利說明】
一種銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑的制備方法，屬于生物質基催化劑制備技術領域。
【背景技術】
[0002]一般來說，催化反應體系分為均相催化和異相催化兩類。在均相反應中，催化劑與底物處于同一相，反應過程傳質速度快，反應活性高。但均相催化劑大都存在較難與反應底物分離和不能循環使用，而且殘留在反應體系中的均相催化劑對產物的提純帶來較大的麻煩。因此，導致其在工業化應用受到限制。異相催化劑的出現，解決了均相催化劑回收和再利用的問題，加速了工業化發展進程，已成為催化領域的研究熱點。
[0003]金屬納米粒子催化劑隸屬于異相催化范疇，同時由于其特有的小尺寸效應，金屬納米粒子催化活性可以達到均相催化劑的水平。然而，納米粒子尺寸小、表面原子缺電子等特點，在催化反應過程中極易團聚而降低或喪失催化活性，易懸浮在反應體系中，從反應產物中分離和再利用非常困難。因此，為了克服上述缺點，研究者嘗試將高活性的納米粒子負載到具有高比表面積的載體上制備成負載型納米催化劑。目前，廣泛使用的負載型催化劑大多以無機礦石材料或合成高分子材料作為載體。這些載體催化劑雖然解決了均相催化劑回收和循環再利用等問題，但多數載體材料以不可再生的化石資源為原料，制備步驟繁瑣而且需要高溫煅燒，有些合成高分子材料比表面積較小、熱穩定性及抗氧化能力差、在自然界中很難降解帶來環境隱患等弊端。
[0004]生物質是一類具有發展前景的原材料，它可以減緩人們對傳統材料對化石資源的依賴和環境污染等問題。設計和開發以生物質為載體材料的催化劑已成為當今催化領域的研究熱點，也是未來生物質高效利用的一個重要發展方向。目前這方面的研究還處于初級階段，相關理論研究十分缺乏，并未建立起有效的制備方法，許多生物質原料還沒有被研究或是研究得還不夠深入，對催化反應類型也不夠廣泛。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題:針對目前廣泛使用的負載型催化劑以無機礦石材料或合成高分子材料作為載體，以不可再生的化石資源為原料，制備步驟繁瑣，且由于載體比表面積較小、熱穩定性及抗氧化能力差，導致在催化反應過程中極易團聚催化活性降低，難以降解污染環境的弊端，提供了一種以干木耳為原料經高壓脈沖熱提得到銀耳多糖溶液，再以互花米草桿制得多孔生物碳，用銀耳多糖溶液和微生物對其復合改性，通過還原沉積法將金屬鈀納米粒子沉積在生物碳表面，干燥后即得偶聯反應催化劑的方法。本發明以富含羥基和羧基的銀耳多糖在弗蘭克氏菌的作用下對生物質碳載體表面進行改性，提高它的比表面積以及增加其表面活性基團，使其對金屬納米粒子吸附性增強，同時提高催化劑的分散性，以生物質材料代替無機礦石或合成高分子，降低了生產成本并且在自然界容易降解，對生物質碳載體進行表面改性，又解決了常見催化劑載體比表面積較小、熱穩定性及抗氧化能力差、容易團聚而降低或喪失催化活性的問題，具有廣闊的應用前景。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是:
(1)稱取I?2kg干銀耳，用去離子水沖洗10?15min去除表面雜質，烘干后用氣流粉碎機粉碎，過100目標準篩，將過篩后的銀耳粉按固液比為1:5加入蒸餾水中，超聲分散均勻后通過蠕動栗以15?20mL/min速率將銀耳粉分散液送入高壓脈沖電場中，再分別以35?45kV/cm的電場強度和60?80ys的脈沖寬度處理30?40min;
(2)將上述高壓脈沖處理后的銀耳粉分散液轉入75?85°C的水浴鍋中，保溫浸提2?3h，浸提結束后用臥式離心機以6000?7000r/min轉速離心15?20min，分離得上清液，即為銀耳多糖溶液，備用；
(3)取成熟的互花米草桿粉碎后過50目標準篩，將過篩后的粉末裝入炭化爐，在氮氣保護下，以200?300°C溫度預炭化40?60min，再將預炭化后的粉末浸入其體積3?5倍濃度為0.5mo I/L氫氧化鉀溶液中，搖床振蕩浸漬過夜；
(4)將浸漬后的粉末移入管式電阻爐中，同時向管式電阻爐中通入氬氣置換出空氣，并以15°C/min速率程序升溫至700?800°C，保溫活化I?2h后，出爐，依次用濃度為0.lmol/L鹽酸溶液和去離子水沖洗3?5遍，干燥后得互花米草桿碳粉；
(5)按體積比為1:2，將上述得到的互花米草桿碳粉和備用的銀耳多糖溶液混合后裝入陶瓷罐中，按接種量為15%向混合液中加入弗蘭克氏菌，在25?35 °C下發酵改性7?9天，隨后將發酵物移入布氏漏斗，用70?80°C的蒸餾水抽濾洗滌30?40min，得改性碳粉載體；
(6 )稱取40?50g上述改性碳粉載體分散于800?100mL無水乙醇中，再加入10?15g氯化鈀，放置在磁力攪拌機上以300?400r/min轉速進行攪拌，邊攪拌邊向其中逐滴滴加100?150mL質量濃度為10%的硼氫化鈉溶液，控制滴加時間為20?30min;
(7)待滴加完畢后，將其移入超聲振蕩儀中，以300?400W功率超聲振蕩反應3?4h，再將產物移入布氏漏斗中，分別用無水乙醇和蒸餾水抽濾洗滌3?5遍，得黑色固體粉末，放入烘箱在75?85°C下干燥過夜，包裝即得銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑。
[0007]本發明的應用方法:將本發明制得的銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑應用于鹵代芳烴的偶聯反應，添加量為鹵代芳烴質量I?3%，混合均勻后，在35?45°C下，與有機硼酸進行交叉偶聯反應4?6h，產率達89.6?99.6%，剩余催化劑經過濾、洗滌、干燥，進行回收循環利用。該催化劑催化活性高，重復使用7?8次催化效果無降低現象發生，在催化反應過程中分散性好，易降解，無污染。
[0008]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(1)本發明制備步驟簡單，載體比表面積大，熱穩定性、抗氧化性分別提高了26.53%以上和29.38%以上；
(2)在催化反應過程中分散性好，催化活性提高了25.6%以上，在自然環境中易降解，無污染。
【具體實施方式】
[0009]首先稱取I?2kg干銀耳，用去離子水沖洗10?15min去除表面雜質，烘干后用氣流粉碎機粉碎，過100目標準篩，將過篩后的銀耳粉按固液比為1:5加入蒸餾水中，超聲分散均勻后通過蠕動栗以15?20mL/min速率將銀耳粉分散液送入高壓脈沖電場中，再分別以35?45kV/cm的電場強度和60?80ys的脈沖寬度處理30?40min;然后將上述高壓脈沖處理后的銀耳粉分散液轉入75?85°C的水浴鍋中，保溫浸提2?3h，浸提結束后用臥式離心機以6000?7000r/min轉速離心15?20min，分離得上清液，即為銀耳多糖溶液，備用；取成熟的互花米草桿粉碎后過50目標準篩，將過篩后的粉末裝入炭化爐，在氮氣保護下，以200?300 °C溫度預炭化40?60min，再將預炭化后的粉末浸入其體積3?5倍濃度為0.5mol/L氫氧化鉀溶液中，搖床振蕩浸漬過夜;將浸漬后的粉末移入管式電阻爐中，同時向管式電阻爐中通入氬氣置換出空氣，并以15°C/min速率程序升溫至700?800°C，保溫活化I?2h后，出爐，依次用濃度為0.lmol/L鹽酸溶液和去離子水沖洗3?5遍，干燥后得互花米草桿碳粉;按體積比為1: 2，將上述得到的互花米草桿碳粉和備用的銀耳多糖溶液混合后裝入陶瓷罐中，按接種量為15%向混合液中加入弗蘭克氏菌，在25?35°C下發酵改性7?9天，隨后將發酵物移入布氏漏斗，用70?80 °C的蒸餾水抽濾洗滌30?40min，得改性碳粉載體;再稱取40?50g上述改性碳粉載體分散于800?100mL無水乙醇中，再加入10?15g氯化鈀，放置在磁力攪拌機上以300?400r/min轉速進行攪拌，邊攪拌邊向其中逐滴滴加100?150mL質量濃度為10%的硼氫化鈉溶液，控制滴加時間為20?30min;最后待滴加完畢后，將其移入超聲振蕩儀中，以300?400W功率超聲振蕩反應3?4h，再將產物移入布氏漏斗中，分別用無水乙醇和蒸餾水抽濾洗滌3?5遍，得黑色固體粉末，放入烘箱在75?85°C下干燥過夜，包裝即得銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑。
[0010]實例I
首先稱取Ikg干銀耳，用去離子水沖洗1min去除表面雜質，烘干后用氣流粉碎機粉碎，過100目標準篩，將過篩后的銀耳粉按固液比為1:5加入蒸餾水中，超聲分散均勻后通過蠕動栗以15mL/min速率將銀耳粉分散液送入高壓脈沖電場中，再分別以35kV/cm的電場強度和60ys的脈沖寬度處理30min;然后將上述高壓脈沖處理后的銀耳粉分散液轉入75°C的水浴鍋中，保溫浸提2h，浸提結束后用臥式離心機以6000r/min轉速離心15min，分離得上清液，即為銀耳多糖溶液，備用；取成熟的互花米草桿粉碎后過50目標準篩，將過篩后的粉末裝入炭化爐，在氮氣保護下，以200°C溫度預炭化40min，再將預炭化后的粉末浸入其體積3倍濃度為0.5moI/L氫氧化鉀溶液中，搖床振蕩浸漬過夜;將浸漬后的粉末移入管式電阻爐中，同時向管式電阻爐中通入氬氣置換出空氣，并以15°C/min速率程序升溫至700°C，保溫活化Ih后，出爐，依次用濃度為0.lmol/L鹽酸溶液和去離子水沖洗3遍，干燥后得互花米草桿碳粉;按體積比為1:2，將上述得到的互花米草桿碳粉和備用的銀耳多糖溶液混合后裝入陶瓷罐中，按接種量為15%向混合液中加入弗蘭克氏菌，在25°C下發酵改性7天，隨后將發酵物移入布氏漏斗，用70 °C的蒸餾水抽濾洗滌30min，得改性碳粉載體;再稱取40g上述改性碳粉載體分散于800mL無水乙醇中，再加入1g氯化鈀，放置在磁力攪拌機上以300r/min轉速進行攪拌，邊攪拌邊向其中逐滴滴加I OOmL質量濃度為10%的硼氫化鈉溶液，控制滴加時間為20min;最后待滴加完畢后，將其移入超聲振蕩儀中，以300W功率超聲振蕩反應3h，再將產物移入布氏漏斗中，分別用無水乙醇和蒸餾水抽濾洗滌3遍，得黑色固體粉末，放入烘箱在75°C下干燥過夜，包裝即得銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑。
[0011]將本發明制得的銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑應用于鹵代芳烴的偶聯反應，添加量為鹵代芳烴質量1%，混合均勻后，在35°C下，與有機硼酸進行交叉偶聯反應4h，產率達89.6%，剩余催化劑經過濾、洗滌、干燥，進行回收循環利用。該催化劑催化活性高，重復使用7次催化效果無降低現象發生，在催化反應過程中分散性好，易降解，無污染。
[0012]實例2
首先稱取2kg干銀耳，用去離子水沖洗13min去除表面雜質，烘干后用氣流粉碎機粉碎，過100目標準篩，將過篩后的銀耳粉按固液比為1:5加入蒸餾水中，超聲分散均勻后通過蠕動栗以18mL/min速率將銀耳粉分散液送入高壓脈沖電場中，再分別以40kV/cm的電場強度和70ys的脈沖寬度處理35min;然后將上述高壓脈沖處理后的銀耳粉分散液轉入80°C的水浴鍋中，保溫浸提3h，浸提結束后用臥式離心機以6500r/min轉速離心18min，分離得上清液，即為銀耳多糖溶液，備用；取成熟的互花米草桿粉碎后過50目標準篩，將過篩后的粉末裝入炭化爐，在氮氣保護下，以250°C溫度預炭化50min，再將預炭化后的粉末浸入其體積4倍濃度為0.5moI/L氫氧化鉀溶液中，搖床振蕩浸漬過夜;將浸漬后的粉末移入管式電阻爐中，同時向管式電阻爐中通入氬氣置換出空氣，并以15°C/min速率程序升溫至750°C，保溫活化2h后，出爐，依次用濃度為0.lmol/L鹽酸溶液和去離子水沖洗4遍，干燥后得互花米草桿碳粉;按體積比為1:2，將上述得到的互花米草桿碳粉和備用的銀耳多糖溶液混合后裝入陶瓷罐中，按接種量為15%向混合液中加入弗蘭克氏菌，在30°C下發酵改性8天，隨后將發酵物移入布氏漏斗，用75 °C的蒸餾水抽濾洗滌35min，得改性碳粉載體;再稱取45g上述改性碳粉載體分散于900mL無水乙醇中，再加入13g氯化鈀，放置在磁力攪拌機上以350r/min轉速進行攪拌，邊攪拌邊向其中逐滴滴加130mL質量濃度為10%的硼氫化鈉溶液，控制滴加時間為25min;最后待滴加完畢后，將其移入超聲振蕩儀中，以350W功率超聲振蕩反應4h，再將產物移入布氏漏斗中，分別用無水乙醇和蒸餾水抽濾洗滌4遍，得黑色固體粉末，放入烘箱在80°C下干燥過夜，包裝即得銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑。
[0013]將本發明制得的銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑應用于鹵代芳烴的偶聯反應，添加量為鹵代芳烴質量2%，混合均勻后，在40°C下，與有機硼酸進行交叉偶聯反應5h，產率達89.1%，剩余催化劑經過濾、洗滌、干燥，進行回收循環利用。該催化劑催化活性高，重復使用8次催化效果無降低現象發生，在催化反應過程中分散性好，易降解，無污染。
[0014]實例3
首先稱取2kg干銀耳，用去離子水沖洗15min去除表面雜質，烘干后用氣流粉碎機粉碎，過100目標準篩，將過篩后的銀耳粉按固液比為1:5加入蒸餾水中，超聲分散均勻后通過蠕動栗以20mL/min速率將銀耳粉分散液送入高壓脈沖電場中，再分別以45kV/cm的電場強度和SOys的脈沖寬度處理40min;然后將上述高壓脈沖處理后的銀耳粉分散液轉入85°C的水浴鍋中，保溫浸提3h，浸提結束后用臥式離心機以7000r/min轉速離心20min，分離得上清液，即為銀耳多糖溶液，備用；取成熟的互花米草桿粉碎后過50目標準篩，將過篩后的粉末裝入炭化爐，在氮氣保護下，以300°C溫度預炭化60min，再將預炭化后的粉末浸入其體積5倍濃度為0.5moI/L氫氧化鉀溶液中，搖床振蕩浸漬過夜;將浸漬后的粉末移入管式電阻爐中，同時向管式電阻爐中通入氬氣置換出空氣，并以15°C/min速率程序升溫至800°C，保溫活化2h后，出爐，依次用濃度為0.lmol/L鹽酸溶液和去離子水沖洗5遍，干燥后得互花米草桿碳粉;按體積比為1:2，將上述得到的互花米草桿碳粉和備用的銀耳多糖溶液混合后裝入陶瓷罐中，按接種量為15%向混合液中加入弗蘭克氏菌，在35°C下發酵改性9天，隨后將發酵物移入布氏漏斗，用80 °C的蒸餾水抽濾洗滌40min，得改性碳粉載體;再稱取50g上述改性碳粉載體分散于100mL無水乙醇中，再加入15g氯化鈀，放置在磁力攪拌機上以400r/min轉速進行攪拌，邊攪拌邊向其中逐滴滴加150mL質量濃度為10%的硼氫化鈉溶液，控制滴加時間為30min;最后待滴加完畢后，將其移入超聲振蕩儀中，以400W功率超聲振蕩反應4h，再將產物移入布氏漏斗中，分別用無水乙醇和蒸餾水抽濾洗滌5遍，得黑色固體粉末，放入烘箱在85°C下干燥過夜，包裝即得銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑。
[0015]將本發明制得的銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑應用于鹵代芳烴的偶聯反應，添加量為鹵代芳烴質量3%，混合均勻后，在45 °C下，與有機硼酸進行交叉偶聯反應6h，產率達99.6%，剩余催化劑經過濾、洗滌、干燥，進行回收循環利用。該催化劑催化活性高，重復使用8次催化效果無降低現象發生，在催化反應過程中分散性好，易降解，無污染。
【主權項】
1.一種銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取I?2kg干銀耳，用去離子水沖洗10?15min去除表面雜質，烘干后用氣流粉碎機粉碎，過100目標準篩，將過篩后的銀耳粉按固液比為1:5加入蒸餾水中，超聲分散均勻后通過蠕動栗以15?20mL/min速率將銀耳粉分散液送入高壓脈沖電場中，再分別以35?45kV/cm的電場強度和60?80ys的脈沖寬度處理30?40min; (2)將上述高壓脈沖處理后的銀耳粉分散液轉入75?85°C的水浴鍋中，保溫浸提2?3h，浸提結束后用臥式離心機以6000?7000r/min轉速離心15?20min，分離得上清液，即為銀耳多糖溶液，備用； (3)取成熟的互花米草桿粉碎后過50目標準篩，將過篩后的粉末裝入炭化爐，在氮氣保護下，以200?300°C溫度預炭化40?60min，再將預炭化后的粉末浸入其體積3?5倍濃度為.0.5mo I/L氫氧化鉀溶液中，搖床振蕩浸漬過夜； (4)將浸漬后的粉末移入管式電阻爐中，同時向管式電阻爐中通入氬氣置換出空氣，并以15°C/min速率程序升溫至700?800°C，保溫活化I?2h后，出爐，依次用濃度為0.lmol/L鹽酸溶液和去離子水沖洗3?5遍，干燥后得互花米草桿碳粉； (5)按體積比為1:2，將上述得到的互花米草桿碳粉和備用的銀耳多糖溶液混合后裝入陶瓷罐中，按接種量為15%向混合液中加入弗蘭克氏菌，在25?35 °C下發酵改性7?9天，隨后將發酵物移入布氏漏斗，用70?80°C的蒸餾水抽濾洗滌30?40min，得改性碳粉載體； (6)稱取40?50g上述改性碳粉載體分散于800?100mL無水乙醇中，再加入10?15g氯化鈀，放置在磁力攪拌機上以300?400r/min轉速進行攪拌，邊攪拌邊向其中逐滴滴加100?150mL質量濃度為10%的硼氫化鈉溶液，控制滴加時間為20?30min; (7)待滴加完畢后，將其移入超聲振蕩儀中，以300?400W功率超聲振蕩反應3?4h，再將產物移入布氏漏斗中，分別用無水乙醇和蒸餾水抽濾洗滌3?5遍，得黑色固體粉末，放入烘箱在75?85°C下干燥過夜，包裝即得銀耳多糖改性生物質基偶聯反應催化劑。
【文檔編號】B01J35/10GK106076415SQ201610469314
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月25日
【發明人】仇穎超, 盛海豐, 林茂平
【申請人】仇穎超