Nitrogen-doped Carbon Materials Derived from Soybean Stalk Catalyzing Reduction of Nitrobenzene to Aniline

doi:10.7503/cjcu20250077

Abstract

Abstract:

Soybean stalk， as a renewable biomass resource with low cost and environmental friendliness， demonstrates significant potential for high-value utilization. Through sequential treatments including pre-carbonization， hydrothermal processing， activation， and carbonization， soybean stalks were converted into nitrogen-doped carbon materials SSC-X. By controlling preparation conditions， the porous structure， specific surface area， defect sites， and nitrogen species configuration of SSC-X were modulated to optimize its catalytic performance in nitrobenzene hydrogenation. The SSC-800 catalyst exhibits nitrobenzene conversion of 100% and aniline selectivity of >99% within 0.75 h at 80 ℃ in cyclohexane solvent using hydrazine hydrate as reducing agent. Remarkably， the catalyst maintains excellent recyclability with aniline yield over 99% after 8 cycles. This work achieves sustainable utilization of agricultural waste of soybean stalks and provides a novel strategy for developing efficient， low-cost， and environmentally friendly biomass-derived carbon-based catalysts.

Key words: Biomass, Soybean stalks-derived carbon material, Nitrobenzene, Catalysis

CLC Number:

O643.36

TrendMD:

GAO Wenxiu, LIU Bai, KANG Jianing, YUAN Shiqi, GAO Yongping, ZHAO Cuicui, ZHANG Zhihui. Nitrogen-doped Carbon Materials Derived from Soybean Stalk Catalyzing Reduction of Nitrobenzene to Aniline[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(9): 20250077.

Figures/Tables 14

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Sample	BET surface area/（m²·g^-1）	Pore volume/（cm³·g^-1）	Average pore size/nm
SSC⁃600	590	0.32	2.20
SSC⁃700	696	0.38	2.18
SSC⁃800	1018	0.59	2.23

Sample	BET surface area/（m²·g^-1）	Pore volume/（cm³·g^-1）	Average pore size/nm
SSC⁃600	590	0.32	2.20
SSC⁃700	696	0.38	2.18
SSC⁃800	1018	0.59	2.23

Sample	N（%）	Nitrogen species（%）
Sample	N（%）	Pyridinic	Pyrrolic	Graphitic	Oxidized
SSC⁃600	1.04	23	34	36	7
SSC⁃700	0.86	22	30	41	8
SSC⁃800	0.85	20	26	47	7

Sample	N（%）	Nitrogen species（%）
Sample	N（%）	Pyridinic	Pyrrolic	Graphitic	Oxidized
SSC⁃600	1.04	23	34	36	7
SSC⁃700	0.86	22	30	41	8
SSC⁃800	0.85	20	26	47	7

Entry	Catalyst	Pre⁃carbonization temperature/℃	Hydrothermal temperature/℃	KOH Mass/g	Carbonization temperature/℃	Conversion（%）	10^-3TOF/ （mol·g^-1·h^-1）
1	SSP⁃350	350	150	5	800	100	8
2	SSP⁃400	400	150	5	800	84	7
3	SSP⁃450	450	150	5	800	77	6
4	SSH⁃120	350	120	5	800	88	7
5	SSH⁃150	350	150	5	800	100	8
6	SSH⁃180	350	180	5	800	89	7
7	SSK⁃1∶1	350	150	1	800	20	2
8	SSK⁃1∶3	350	150	3	800	83	7
9	SSK⁃1∶5	350	150	5	800	100	8
10	SSC⁃600	350	150	5	600	85	7
11	SSC⁃700	350	150	5	700	94	8
12	SSC⁃800	350	150	5	800	100	8