响应面法对磁性碳基固体酸催化剂的制备工艺优化研究

摘要

为使磁性碳基固体酸催化剂具有更好的催化活性和水热稳定性，利用响应面法对其制备工艺进行优化，以催化玉米芯水解所得的木糖得率为评价指标，选取碳化温度、碳化时间、磺化温度和磺化时间4个显著影响的因素，设计四因素三水平Box-Behnken试验，考察各因素对制备催化剂的影响，并确定最优制备工艺条件。实验结果表明，建立的二次多项式数学模型显著性较高（p=0．0003），相关系数R^2=0．8839，对实验结果具有较好的预测性。在优化的基础上确定磁性固体酸催化剂的最佳制备工艺条件为：碳化温度455℃、碳化时间4．8h、磺化温度107℃和磺化时间10．0h。在此条件下制备的磁性固体酸催化剂催化水解玉米芯所得木糖的得率为39．35％，与模型预测值38．73％有1．60％的误差，说明用此模型来优化磁性固体酸催化剂的制备工艺是合理的。同时，将制备的磁性固体酸催化剂与SBA-15、HZSM-5、Amberlyst-15这3种常见固体酸催化剂对催化玉米芯水解的木糖得率进行比较，结果表明，磁性固体酸催化剂的活性最高，研究价值突出。通过研究，明确制备过程中各因素对磁性碳基固体酸催化剂催化活性和水热稳定性的影响情况，可为后续催化剂设计、改性、载体选择等方面提供理论依据和实验基础。