一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法及应用技术

一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：(1)Fe3O4纳米粒子的制备；(2)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法一；(3)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法二；(4)催化剂(I)的制备方法一；(5)催化剂(I)的制备方法二，所制得催化剂应用于：(1)苯甲酸乙酯的合成；(2)苯甲酸甲酯的合成；(3)5‑羟甲基糠醛的合成，本发明专利技术制备的催化剂具有合成方便、原料价廉易得、反应条件温和等优点，该催化剂因具有磁性，反应后易于分离并重复利用，具有广阔的应用前景。

Preparation and application of a water-soluble nano Fe3O4 magnetic catalyst

The preparation method and application of a water-soluble nano-Fe3O4 magnetic catalyst include the following steps: (1) preparation of Fe3O4 nanoparticles; (2) preparation method of diazofluoroborate p-aminobenzene sulfonate; (3) preparation method of diazofluoroborate p-aminobenzene sulfonate; (4) preparation method of catalyst (I); and (5) catalysis. The catalyst prepared by the invention has the advantages of convenient synthesis, low cost of raw materials, mild reaction conditions and so on. Because of its magnetism, the catalyst can be easily separated after reaction. It has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法及应用
本专利技术涉及催化剂领域，具体涉及一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
催化剂在化学反应中具有至关重要的作用。传统的催化剂分为均相与异相催化剂，这两类催化剂各有千秋。均相催化剂能溶解在反应体系中，因而催化效率高，选择性好；但缺点是价格贵、不易回收利用。异相催化剂的优点是易于回收并循环利用，符合节约型社会与绿色化学的要求；但不足是催化效率低。为了解决这一矛盾，近十几年来，人们开始研究纳米尺寸的催化剂，纳米级的催化剂在反应体系中分散度高，比传统异相催化剂的催化效率大大提高，不过，纳米尺寸的催化剂用传统的过滤或离心手段进行分离，则存在效率低、耗能高等缺点。因此，磁性纳米催化剂的研究开发日益受到重视。磁性纳米催化剂除具有一般纳米催化剂的优点外，其突出的优点是，可用磁场将其很容易地从反应体系中分离。酸性催化剂广泛用于酯化、缩合、水解、加成等反应中。常见的液体酸催化剂如浓硫酸，年消费量达上千万吨。但这种液体酸催化剂有如下缺点：(1)对设备腐蚀性强；(2)反应完成后，需要中和、水洗等后处理工序，造成极大的资源浪费及环境污染；(3)催化剂无法循环使用。开发可循环利用的固体酸催化剂，近年来引起人们的广泛关注(黄庆华,等.氨基磺酸/浓硫酸协同催化合成羧酸乙酯.化学研究与应用,2014,26(2),277-280.)不过一般的固体酸催化剂的效率有待进一步提高。将磁性纳米粒子用带有磺酸基的官能团进行修饰，制备既有高的催化效率，又易分离的酸性催化剂，已有相关报道。但文献中的方法往往具有制备方法复杂、原料价格贵、试剂毒性大等缺点。
技术实现思路
1、一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法：所述催化剂的结构式为：2、一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法：制备方法包括以下步骤：(1)Fe3O4纳米粒子的制备；(2)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法一；(3)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法二；(4)催化剂(I)的制备方法一；(5)催化剂(I)的制备方法二。3、一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法：所述制备方法具体为：(1)Fe3O4纳米粒子的制备：称取FeCl3·6H2O：1.35g，6mmol和FeSO4·7H2O：0.69g，2.5mmol以及尿素：1.2g，20mmol，用100mL蒸馏水溶解；将反应液在95℃的下加热8h后，自然冷却至室温后老化24h，过滤，将滤饼用蒸馏水清洗5次，用磁铁将溶液和Fe3O4纳米粒子分离，分离后将所得纳米粒子在70℃的条件下烘12小时，得到带有磁性的Fe3O4纳米粒子0.39g；通过电镜测试Fe3O4纳米粒子的平均粒径在20nm；(2)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法一：以亚硝酸钠为重氮化试剂；将对氨基苯磺酸晶体：1.05g，6mmol，溶于5％的NaOH水溶液：5mL中，再加入亚硝酸钠：0.4g，6mmol的水溶液，搅拌并控制温度在0～5℃；配制水：5mL与浓盐酸：1.5mL的溶液，并慢慢加入到前述溶液中；将反应液在0～5℃下反应20min；反应完成后，向反应液中滴加氟硼酸：2mL，待其反应完全后抽滤，滤饼晾干后得对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐0.87g；(3)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法二：以亚硝酸叔丁酯为重氮化试剂，将对氨基苯磺酸晶体：1.05g，6mmol，溶于5％的KOH乙醇溶液：20mL中，再加入亚硝酸叔丁酯：0.62g,6mmol,控制温度在：-10～-5℃，配制水：5mL，与浓硫酸：1.0mL的溶液，并慢慢加入到前述溶液中；将反应液在：-10～-5℃下反应30min；反应完成后，向反应液中滴加氟硼酸：2mL，待其反应完全后抽滤，滤饼晾干后得对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐0.93g；(4)催化剂(I)的制备方法一：将Fe3O4：100mg纳米粒子分散在0.1mol/LNaOH:20mL水溶液中，然后加入前述制备的氟硼酸重氮盐晶体:100mg，搅拌1h。抽滤，在所得滤液中缓慢加入适量的叔丁醇，加入的过程中有橙色细小晶体析出，将混合液抽滤，烘干橙色晶体得催化剂(I)160mg；通过电镜测试催化剂(I)纳米粒子的平均粒径在20nm；(5)催化剂(I)的制备方法二：将Fe3O4纳米粒子：150mg使分散于25毫升乙醇中，超声20分钟后，加入硅烷偶联剂2-氯乙基三甲氧基硅烷：2.5mL；氮气保护下，在70度下搅拌2小时，通过离心收集悬浮物，沉淀后的固体重新通过超声分散在甲醇中，然后用磁铁进行分离，重复5次，最后所得粒子室温下干燥至恒重；将制备的粒子：50mg超声10分钟使分散于1,2-二氯乙烷：5mL，改用机械搅拌。然后对氨基苯磺酸1克和三乙胺1克溶于1,2-二氯乙烷：10mL中，并将该溶液在30分钟内滴加到前述溶液中，搅拌1小时后，所得粒子用磁铁进行分离后，再用氯仿洗三次，室温下干燥得催化剂(I)55mg。4、一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法及应用：应用为所制得催化剂应用于：酯类化合物(II)制备中的应用，所述化合物(II)中，R1包括苯基、取代的苯基、1-萘基、2-萘基、C1～C30的烷基或环烷基；R2包括C1～C30的烷基或环烷基5、一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法及应用：应用为所制得催化剂应用于：5-羟甲基糠醛(III)制备中的应用本专利技术的有益效果：本专利技术所设计的水溶性磁性纳米粒子催化剂，具有合成方便、原料价廉易得、反应条件温和等优点，该催化剂因具有磁性，反应后易于分离并重复利用，具有广阔的应用前景。具体实施方式下面结合实施例进一步阐述本专利技术，应该理解，这些实施例仅用于说明本专利技术，而不用于限制本专利技术的范围，下列实施例未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或者按照制造厂商提供或建议的条件。除另有说明的外，本文所用的所有专业与科学术语与本领域技术人员所熟悉的意义相同，此外任何与本方法相似或均等的方法及材料皆可用于本专利技术方法中。实施例1Fe3O4纳米粒子的制备称取FeCl3·6H2O(1.35g，6mmol)和FeSO4·7H2O(0.69g，2.5mmol)以及尿素(1.2g，20mmol)，用100mL蒸馏水溶解。将反应液在95℃的下加热8h后，自然冷却至室温后老化24h，过滤。将滤饼用蒸馏水清洗5次，用磁铁将溶液和Fe3O4纳米粒子分离，分离后将所得纳米粒子在70℃的条件下烘12小时，得到带有磁性的Fe3O4纳米粒子(0.39g)。通过电镜测试Fe3O4纳米粒子的平均粒径在20nm左右。实施例2对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备制备方法一以亚硝酸钠为重氮化试剂。将对氨基苯磺酸晶体(1.05g，6mmol)，溶于5％的NaOH水溶液(5mL)中，再加入亚硝酸钠(0.4g，6mmol)的水溶液。搅拌并控制温度在0～5℃。配制水(5mL)与浓盐酸(1.5mL)的溶液，并慢慢加入到前述溶液中。将反应液在0～5℃下反应20min。反应完成后，向反应液中滴加氟硼酸(2mL)，待其反应完全后抽滤，滤饼晾干后得对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐0.87g。实施例3对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备制备方法二以亚硝酸叔丁酯为重氮化试剂。将对氨基苯磺酸晶体(1.05g，6mmol)，溶于5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂的结构式为：2.根据权利要求1所述的一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：(1)Fe3O4纳米粒子的制备；(2)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法一；(3)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法二；(4)催化剂(I)的制备方法一；(5)催化剂(I)的制备方法二。3.根据权利要求2所述的一种水溶性纳米Fe3O4磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体为：(1)Fe3O4纳米粒子的制备：称取FeCl3·6H2O：1.35g，6mmol和FeSO4·7H2O：0.69g，2.5mmol以及尿素：1.2g，20mmol，用100mL蒸馏水溶解；将反应液在95℃的下加热8h后，自然冷却至室温后老化24h，过滤，将滤饼用蒸馏水清洗5次，用磁铁将溶液和Fe3O4纳米粒子分离，分离后将所得纳米粒子在70℃的条件下烘12小时，得到带有磁性的Fe3O4纳米粒子0.39g；通过电镜测试Fe3O4纳米粒子的平均粒径在20nm；(2)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法一：以亚硝酸钠为重氮化试剂；将对氨基苯磺酸晶体：1.05g，6mmol，溶于5％的NaOH水溶液：5mL中，再加入亚硝酸钠：0.4g，6mmol的水溶液，搅拌并控制温度在0～5℃；配制水：5mL与浓盐酸：1.5mL的溶液，并慢慢加入到前述溶液中；将反应液在0～5℃下反应20min；反应完成后，向反应液中滴加氟硼酸：2mL，待其反应完全后抽滤，滤饼晾干后得对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐0.87g；(3)对氨基苯磺酸氟硼酸重氮盐的制备方法二：以亚硝酸叔丁酯为重氮化试剂，将对氨基苯磺酸晶体：1.05g，6mmol，溶于5％的KOH乙醇溶液：20mL中，再加入亚硝酸叔丁酯：0.62g,6mmol,控...

【专利技术属性】
技术研发人员：程传杰，杨方红，胡仲禹，黄庆华，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36