Page 178 - 《精细化工》2021年第11期

·2324· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

数 40%氢氟酸在 180 ℃下消化。采用酸碱滴定法测 分数 80%水和体积分数 20%甲醇为流动相，流速
[8]
定生物炭表面的总酸位和—SO 3 H 含量 。 0.6 mL/min，最大吸收波长 280 nm，柱温 30 ℃。
1.4 催化活性评价 以纯 HMF 为标准品，获得 HMF 的标准曲线，HMF
[9]
将 100 mg D-果糖、100 mg 生物炭催化剂、5 mL 的收率定义如下 ：
V(H 2 O)∶V(DMSO)=0.5∶4.5 混合液装入厚壁玻璃 HMF物质的量
反应器。将混合物加热至 130 ℃，并在此温度下保 HMF 收率 /%   100 （1）
投加果糖物质的量
持 40 min，待所需反应时间结束后，将反应器放入
冰浴中冷却。 2 结果与讨论
反应产物通过 0.22 µm 有机针式过滤器过滤。
滤液用去离子水稀释 500 倍。采用高效液相色谱仪 2.1 造纸污泥的组成
测定 HMF，色谱柱为 Phenomenex C18 柱（150 mm× 造纸污泥及杨木屑的纤维组成及金属离子含量
4.6 mm×5 μm），紫外检测器，液相测试条件为体积 分析如表 1 所示。

表 1 造纸污泥及杨木屑的纤维组成及金属离子含量分析
Table 1 Fiber composition and metal ions content analysis of papermaking sludge and poplar wood chips
质量分数/% 金属离子含量/(mg/g)

3+
2+
综纤维素 木质素 水分 灰分 其他 Mg 2+ Ca 2+ Fe Zn
造纸污泥 48.6 8.4 3.2 28.1 11.7 2.147 3.056 5.426 0.083
杨木屑 75.5 17.5 4.6 0.9 1.5 0.034 0.016 0.024 0.035

由表 1 可知，与杨木屑相比，造纸污泥灰分质 缝隙结构。催化剂表面微小孔洞及缝隙大小的分布
量分数较高，为 28.1%，有机物（综纤维素和木质 及数量对催化反应物结构大小的选择性具有影响。
素）质量分数较低，因制浆原料为小麦秸秆，禾草 反应分子可进入合适尺寸的位置并在活性位点进行
类原料灰分质量分数较高，在制浆过程中灰分在废 反应，生成的产物分子可以快速离去，并且合适的
液中富集，使得灰分含量进一步提高。同时，在制 表面结构易于进行接枝反应，从而提高催化活性，
浆过程中细小纤维、不成浆纤维、糖类物质混入废 孔径或缝隙过小不利于对氨基苯磺酸进入其内部进
液中成为制备碳材料的潜在原料。造纸污泥中金属 行接枝反应。因此，碳基固体酸催化剂制备原料的
元素含量明显高于杨木屑，制备固体酸催化剂可能 选择非常重要。
成为有效的 Lewis 酸中心。
2.2 催化剂表征
2.2.1 SEM 分析
SBC、O-SBC、S-SBC 及 S-PBC 的 SEM 图如图
1 所示。由图 1 可知，SBC 与 O-SBC 及 S-SBC 有明
显差异。与之前的研究相似 [10] ，SBC 显示出不规则
的形态，有分层的通道、孔隙和脊状表面。其结构
与秸秆纤维结构相似，与糖衍生生物炭的平面结构
有所不同。O-SBC 表面具有少量褶皱结构，脊状结
构消失，表面分布较多的微粒，颗粒分布均匀、规
则、有序。S-SBC 呈孔洞状结构，在氧化及用对氨
基苯磺酸接枝过程中，SBC 的脊状结构被破坏。
S-PBC 表面形貌与 S-SBC 相比有明显不同，S-PBC 图 1 SBC（a）、O-SBC（b）、S-SBC（c）及 S-PBC（d）
表面呈颗粒状结构，形成大量微小缝隙，造成这种 的 SEM 图
Fig. 1 SEM images of SBC (a), O-SBC (b), S-SBC (c) and
现象的原因可能是造纸污泥得到充分润胀，结构松 S-PBC (d)
散，对氨基苯磺酸及 HCl 分子容易对其进行腐蚀和
接枝，而杨木屑结构紧密，对氨基苯磺酸及 HCl 分 2.2.2 FTIR 分析
子只对其表面进行了微小刻蚀，因而形成较多微小 SBC 在磺化前后与杨木屑磺化后的 FTIR 谱图