工艺简单、成本低
固体酸催化剂因其安全、绿色、低腐蚀、易回收等特点，逐渐取代传统的液体酸催化剂，在各类化工生产中发挥着重要作用，成为酸催化领域的重要研究方向。近日，中国科学技术大学于书红、梁海伟教授团队开发了一种基于廉价细菌纤维素的新型纳米纤维固体酸催化剂的规模化制备方法，并探索了其在若干重要化工催化反应中的应用前景。
据悉，传统的SAC存在酸密度低、稳定性差、成本高、催化性能有待提高等缺点。近年来，研究人员开发了一系列新型SAC，其中碳水化合物衍生的磺化碳基材料表现得较为突出。该类固体酸催化剂对亲水反应表现出良好的催化性能，但该类材料比表面积和孔隙率较低，限制了其在疏水反应中的应用。中国科学技术大学开发的这种新型固体酸催化剂，可通过天然纳米纤维素的不完全碳化和磺化来制备，由于制备工艺简单、成本低廉，易于推广使用。更重要的是，制备的SAC保留了天然纤维原丝的三维纳米纤维网络结构，具有较高的比表面积和大的孔容，此外高效的磺化工艺赋予了纳米纤维丰富的酸位。
在一系列重要的酸催化反应中，包括α-甲基苯乙烯的二聚化、油酸酯化、频哪醇重排等，该类新型SACs的催化性能优于目前使用的固体酸催化剂，某些情况下甚至优于经典的液体酸催化剂硫酸。此外，该类新型SACs在其他重要反应中也表现出优异的性能，如β-烯酮/酯的合成、硝基苯的还原等。
这项研究表明，未来利用廉价的生物质细菌纤维素制备高效的纳米纤维固体酸催化剂是可能的。这种新型纳米纤维SAC由于制备工艺简单、原料廉价易得，可以实现量产，有望在化学工业中得到推广。此外，该方法体系还可以拓展到更廉价的木质基纳米纤维，制备高效的新型SAC，也可以推广到其他SAC体系，如磷酸化SAC等，为进一步开发基于纳米结构生物质材料的绿色、可持续、高效的催化剂提供新思路。