1.一种石墨烯基磺酸催化剂,其特征在于:所述石墨烯基磺酸催化剂是先通过共价嫁接在石墨烯上键合苯环,再通过磺化反应在石墨烯边缘或共价修饰的苯环上嫁接磺酸根后得到的石墨烯基磺酸催化剂G‑Ph‑SO3H;
所述石墨烯基磺酸催化剂的结构示意如下:
2.根据权利要求1所述的石墨烯基磺酸催化剂,其特征在于:所述石墨烯基磺酸催化剂的酸值为1.4‑2.8mmol/g。
3.一种权利要求1或2所述的石墨烯基磺酸催化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1:G‑Ph的制备
在烧瓶中加入适量石墨烯、苯胺、浓硫酸和去离子水,搅拌使得反应液混合均匀后,将烧瓶置于冰水浴中冷却至0℃,向反应液中滴加适量的亚硝酸钠,1.0‑1.5h滴加完成,继续常温反应2‑24h;反应结束后,将反应混合液冷却至室温,抽滤得到固体,依次用去离子水、乙醇和丙酮洗涤,真空干燥后得到G‑Ph;
步骤2:G‑Ph‑SO3H的制备在烧瓶中加入适量G‑Ph,在80‑200℃、搅拌条件下加入磺化试剂进行磺化反应;反应结束后,将反应混合液冷却至室温,依次用去离子水以及丙酮洗涤产物,洗涤至滤液呈中性并用Ba(OH)2确定洗涤终点,得到的固体真空干燥即得到G‑Ph‑SO3H。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤1中,各反应原料的摩尔比为石墨烯:苯胺:浓硫酸:亚硝酸钠=1:1‑2:1.25:2‑1。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤1中,所述石墨烯包括氧化石墨烯、还原石墨烯、还原氧化石墨烯、剥离石墨烯、单层石墨烯、多层石墨烯。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤2中,所述磺化试剂为浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸或三氧化硫。
7.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤2中,磺化试剂与G‑Ph的质量比为1‑20:1。
8.一种权利要求1或2所述的石墨烯基磺酸催化剂的应用,其特征在于:是将其作为催化剂催化甲酚的烷基化反应。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于包括如下步骤:向反应器中依次加入甲酚与催化剂G‑Ph‑SO3H,开启搅拌,控制反应混合液到适当温度,再向反应混合液中以确定的流量通入异丁烯气体;每隔一段时间取样,用气相色谱检测反应混合物中甲酚含量,监测反应进程,直至原料间甲酚反应完全,停止通入异丁烯结束反应;反应结束后趁热过滤反应混合液,分离回收G‑Ph‑SO3H催化剂,回收催化剂后的反应溶液采用减压蒸馏分离提纯未反应的原料甲酚和甲酚的单烷基化、双烷基化产物。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于:所述甲酚为邻甲酚、间甲酚、对甲酚中的一种或几种的混合;催化剂G‑Ph‑SO3H与甲酚的质量比为1:10‑1:50。