Page 179 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 刘润东，等: 造纸污泥基固体酸催化 D-果糖转化为 5-羟甲基糠醛 ·2325·

–1
如图 2 所示。由图 2 可知，S-SBC 在 3400 cm 处为 如图 3 所示。
—OH 与—NH 的伸缩振动吸收峰，两峰有所重合，
–1
1590 cm 处为多环芳烃骨架的伸缩振动吸收峰 [11] 。
−1
接枝对氨基苯磺酸后，在 796 cm 处出现的新吸收
峰为苯环取代基的吸收峰，与 S-PBC 相比，S-SBC
在此处的吸收峰较明显，说明 S-SBC 比 S-PBC 更易
–1
接枝对氨基苯磺酸；1700 cm 处为酰胺基中 C==O
键的伸缩振动吸收峰，分析为对氨基苯磺酸是以酰
–1
胺键的形式接枝在生物炭表面。1080 与 462 cm 处
分别为原料中灰分 SiO 2 的 Si—O—Si 键的伸缩振
动和摇摆振动吸收峰 [12] ，造纸污泥原料的灰分质量
图 3 SBC、O-SBC、S-SBC 和 S-PBC 的 XRD 谱图
分数多于杨木屑，S-SBC 在此处的吸收峰较强。1160 Fig. 3 XRD patterns of SBC, O-SBC, S-SBC and S-PBC
–1
和 570 cm 处出现的新吸收峰为 O==S==O 键的反对
称伸缩振动和 C—S 键的弯曲振动 [13-14] ，两种催化 由图 3 可知，SBC、O-SBC、S-SBC 和 S-PBC 在
10°~30°之间有一个较宽的非晶漫散峰，为碳(002)
–1
剂在此处都出现吸收峰，而 S-SBC 在 1160 cm 处
–1
吸收峰与 1080 cm 处 Si—O—Si 键吸收峰有所重 晶面的特征衍射峰，代表无定形芳香碳平面，越低
越宽也表明层片的不定向程度越大 [15] 。SBC、O-SBC
合。因此，SBC 经对氨基苯磺酸接枝处理后引入了
和 S-SBC 的非晶漫散峰依次变得更窄更高，说明经
—SO 3 H。
氧化及对氨基苯磺酸改性后的生物炭的排列更加有
序并且具有更大的片层结构，并且 S-PBC 的(002)
非晶漫散峰比 S-SBC 更窄更高，说明 S-PBC 排列更
加有序，片层结构更大。SBC 的谱图中出现了几个
明显的特征峰，2θ=28.3°、40.5°、50.2°、66.4°和 74.3°
分别为 KCl 晶体(200)、(220)、(222)、(400)和(420)
+
晶面的特征峰，K 来源于秸秆原料，在制浆过程富
集到造纸污泥中。经氧化及对氨基苯磺酸改性后的
生物炭中 KCl 晶体的衍射峰消失。这是因为，在使
用双氧水及对氨基苯磺酸过程中，KCl 溶解析出，

因此 KCl 晶体的特征峰消失。
图 2 SBC、S-PBC 和 S-SBC 的 FTIR 谱图 2.2.4 比表面积和孔容分析
Fig. 2 FTIR spectra of SBC, S-PBC and S-SBC
催化剂的比表面积（S BET ）和总孔容是多相催
2.2.3 XRD 分析 化的重要参数，SBC、O-SBC、S-SBC 及 S-PBC 的
SBC、O-SBC、S-SBC 和 S-PBC 的 XRD 谱图 质构特性如表 2 所示。

表 2 SBC、O-SBC、S-SBC 及 S-PBC 的质构特性
Table 2 Texture characteristics of SBC, O-SBC, S-SBC and S-PBC
S BET/(m²/g) 微孔内比表面积/(m²/g) 微孔内比表面积占比/% 总孔容/(cm³/g) 微孔孔容/(cm³/g) 平均孔径/nm
SBC 0.195 2.813 — 0.001488 — —
O-SBC 7.528 3.290 43.7 0.016393 0.001194 8.709
S-SBC 169.487 54.344 32.1 0.142747 0.022765 3.369
S-PBC 492.517 208.580 42.3 0.248143 0.069480 2.043
注：“—”为未测。

由表 2 可知，由制浆固体废弃物制得的 SBC 的 多分布、大小均匀的微粒物质，对比表面积的增大
2
比表面积很小，只有 0.195 m /g，经过氧化处理后， 贡献不大。而经过对氨基苯磺酸处理过的 S-SBC 由
O-SBC 比表面积略有增加，结合 SEM 可以看到， 于双氧水的氧化以及 9.6 mol/L 盐酸的腐蚀，其比表
2
氧化作用主要集中在表面刻蚀，生物炭表面出现较 面积迅速增大，高达 169.487 m /g，微孔内比表面