一种超薄水滑石外源法制备Ni-M金属间化合物的方法及其催化糠醛选择性加氢的应用技术

本发明专利技术公开了一种超薄水滑石外源法制备Ni‑M金属间化合物的方法及其催化糠醛选择性加氢的应用。该方法为：首先将镍铝水滑石在丙酮水溶液中洗涤分散得到超薄镍铝水滑石，用外源引入的方法将超薄镍铝水滑石和纳米金属粉末研磨混合，然后通过原位氢气氛下焙烧还原，最终产物在氮气氛中降温到室温得到负载型Ni‑M金属间化合物。本发明专利技术制得的Ni‑M金属间化合物作为催化剂具有比表面积大，组分均一，活性组分高分散等特点，其表面的空间位阻效应，使得反应物在吸附时只能通过特定官能团的活化吸附，反应选择性高。将其应用于糠醛选择性加氢制糠醇的反应中，可实现对于糠醛的高效转化以及高选择性，并且催化剂热稳定性高，循环稳定性强。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄水滑石外源法制备Ni-M金属间化合物的方法及其催化糠醛选择性加氢的应用
本专利技术属于催化剂制备
，具体设计了一种超薄水滑石外源法制备Ni-M金属间化合物的方法及其催化糠醛选择性加氢的应用。
技术介绍
随着化石能源的日益枯竭以及环境问题的逐渐恶化，全世界均面临着能源和环境危机，寻找一种可再生的、环境友好的新型替代能源至关重要。而生物质的利用不仅开发了一种新的能源平台，减少了二氧化碳的排放，而且增加了对废弃资源的利用途径，对农业经济发展也能起到很大的支持作用。因此，在非化石的碳能源中，生物质的利用被认为是一种非常有前景的选择。生物质资源的转化利用是如今科学研究领域的一大热点，尤其是糠醛通过选择性加氢制糠醇。糠醛作为生物质衍生物，可由玉米芯、甘蔗渣等农业废弃物水解制得，是一种重要的化学平台物质。选择性地还原糠醛是制备其他有价值的化学品的重要途径，其中还原糠醛中的碳氧双键生成糠醇是很重要的反应之一。糠醇是一种重要的化工原料，是合成树脂、染料、橡胶、农药、胶黏剂、增塑剂等重要的中间体。目前糠醇的生产工艺可分为液相加氢工艺和气相加氢工艺两种。而糠醛液相加氢生产糠醇的催化剂主要为铜铬系，活性和选择性均较好，分离较容易，但价格较高，并且使用一次后即废弃，造成催化剂的严重浪费和环境污染。因此，研究开发新型高效无污染的糠醛选择性加氢催化剂具有非常重要的现实意义。水滑石作为一类具有典型层状结构的阴离子型超分子复合材料，是近年来发展起来的一类具有巨大发展前景和应用潜力的新型材料。根据水滑石的结构优势，将一定的水滑石前驱体通过原位氢气的还原可得到有特定比例的金属间化合物，而利用此法合成的金属间化合物具有独特的电子和几何结构，因而其在不饱和醛的碳氧双键的选择性加氢方面具有优异的催化性能。此类廉价、无毒、且高选择性的Ni-M金属间化合物催化剂，应用到糠醛选择性加氢的工业生产当中，对富含糠醛的生物质的加氢选择性又很明显的催化作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超薄水滑石外源法制备Ni-M金属间化合物的方法及其催化糠醛选择性加氢的应用，所述的Ni-M金属间化合物作为催化剂具有独特的结构优势，对于糠醛制糠醇的反应具有优异的选择性。本专利技术所述的超薄水滑石外源法制备Ni-M金属间化合物的方法为：首先将镍铝水滑石在丙酮水溶液中洗涤分散得到超薄镍铝水滑石，用外源引入的方法将超薄镍铝水滑石和纳米金属粉末研磨混合，然后通过原位氢气氛下焙烧还原，最终产物在氮气氛中降温到室温得到负载型Ni-M金属间化合物，密封保存。M为Te、Sb、Se中的一种或几种。所述的镍铝水滑石的制备方法为：将硝酸镍、硝酸铝、尿素和氟化铵溶解在去离子水中得到透明的溶液，其中各原料的浓度分别是0.05-0.2M，0.025-0.1M，0.5-2M和0.2-0.8M；然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，在80-120℃下密封反应12-48个小时，最后将得到的沉淀物用去离子水洗至中性。所述的超薄镍铝水滑石的具体制备方法为：将镍铝水滑石分散到20-80wt％的丙酮水溶液中，在20-40℃下搅拌2-24个小时，取出离心洗涤，放入60-100℃的烘箱干燥，得到超薄镍铝水滑石。所述的超薄镍铝水滑石与纳米金属粉末的摩尔比为0.5-2。所述的纳米金属粉末选自纳米碲粉、纳米锑粉和纳米硒粉中的一种或几种。所述的焙烧条件为：以2-10℃/min的升温速率升到350-500℃，保温2-8个小时。将上述方法制备的Ni-M金属间化合物应用于催化糠醛选择性加氢反应。所述的催化糠醛选择性加氢反应的条件为：将0.1-1ml糠醛溶于5-50mL异丙醇中，然后转移到高压加氢反应釜中，再向其中加入0.05-0.5gNi-M金属间化合物作为催化剂，并加入磁性搅拌子，用0.5-1MPa氢气进行3-10次气体置换，排出反应釜中的空气后密封，在温度80-200℃、搅拌转速500-1000r/min、0.5-3MPa氢气的条件下反应3-6小时。所述的催化糠醛选择性加氢反应完成后分离催化剂和反应液，分离后的催化剂干燥处理后重复使用，再用于催化糠醛选择性加氢反应。本专利技术利用超薄水滑石具有比表面积大，分散作用好的特点，采用外源法将由于原子半径较大无法直接引入水滑石层板的元素，与水滑石前体中的元素共还原，生成具有鲜明的几何结构的金属间化合物。该外源引入的方法绿色经济，操作简单可行且能耗较低；内源金属的位点锚定作用可得到高分散，结构均一的负载型催化剂，外源金属的结构调控作用可得到具有特定电子和几何结构的金属间化合物，通过催化剂结构的变化，影响反应物的吸附结构，从而改变反应的选择性。本专利技术所制得的Ni-M金属间化合物作为催化剂具有比表面积大，组分均一，活性组分高分散等特点，其表面的空间位阻效应，使得反应物在吸附时只能通过特定官能团的活化吸附，反应选择性高。将其应用于糠醛选择性加氢制糠醇的反应中，可实现对于糠醛的高效转化以及对于糠醛的高选择性，并且热稳定性高以及循环稳定性强。附图说明图1是实施例1中制备的超薄镍铝水滑石的XRD图。图2是实施例1中制备的超薄镍铝水滑石的SEM图。图3是实施例1中制备的Ni-Sb金属间化合物的SEM图。图4是实施例1中制备的Ni-Sb金属间化合物的TEM图。图5是实施例1中制备的Ni-Se金属间化合物的SEM图。图6是实施例1中制备的Ni-Se金属间化合物的TEM图。具体实施方式实施例11)室温条件下，称取2.91g硝酸镍，1.87g硝酸铝，2.25g尿素以及0.56g氟化铵，溶入200mL去离子水中形成透明溶液；将溶液倒入200mL聚四氟乙烯的反应釜中，置于120℃烘箱中密封反应24个小时后取出，将沉淀物离心洗涤，洗至中性，得到镍铝水滑石；2)将镍铝水滑石分散到50wt％的丙酮水溶液中，在室温下搅拌6个小时，得到沉淀物，取出离心洗涤，放入60℃的烘箱过夜干燥，得到超薄镍铝水滑石；3)将0.50g的超薄镍铝水滑石与0.18g纳米Sb粉在研钵中充分研磨混合，得到固体混合物；4)将全部固体混合物置于气氛炉中进行原位焙烧还原，在氢气气流中以5℃/min的初始升温速率升到400℃，保持4个小时，最终产物在氮气氛中降温到室温，得到Ni-Sb金属间化合物。将上述制备的Ni-Sb金属间化合物应用于催化糠醛选择性加氢反应，反应的条件为：将1ml糠醛溶于50mL异丙醇中，然后转移到高压加氢反应釜中，再向其中加入0.05gNi-Sb金属间化合物作为催化剂，并加入磁性搅拌子，用0.5MPa氢气进行5次气体置换，排出反应釜中的空气后密封，在温度120℃、搅拌转速500r/min、1MPa氢气的条件下反应4小时，反应完成后分离催化剂和反应液，分离后的催化剂干燥处理后重复使用，再用于催化糠醛选择性加氢反应。经测试，Ni-Sb金属间化合物对于糠醛选择性加氢制糠醇的反应的转化率为100％，选择性为80％。实施例21)室温条件下，称取1.45g硝酸镍，0.94g硝酸铝，1.12g尿素以及0.28g氟化铵，溶入100mL去离子水中形成透明溶液；将溶液倒入100mL聚四氟乙烯的反应釜中，置于120℃烘箱中反应18个小时后取出，将沉淀物离心洗涤，洗至中性，得到镍铝水滑石；2)将镍铝水滑石分散到50wt％的丙酮水溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄水滑石外源法制备Ni‑M金属间化合物的方法，其特征在于，该方法的操作步骤为：首先将镍铝水滑石在丙酮水溶液中洗涤分散得到超薄镍铝水滑石，用外源引入的方法将超薄镍铝水滑石和纳米金属粉末研磨混合，然后通过原位氢气氛下焙烧还原，最终产物在氮气氛中降温到室温得到负载型Ni‑M金属间化合物，密封保存。

【技术特征摘要】
1.一种超薄水滑石外源法制备Ni-M金属间化合物的方法，其特征在于，该方法的操作步骤为：首先将镍铝水滑石在丙酮水溶液中洗涤分散得到超薄镍铝水滑石，用外源引入的方法将超薄镍铝水滑石和纳米金属粉末研磨混合，然后通过原位氢气氛下焙烧还原，最终产物在氮气氛中降温到室温得到负载型Ni-M金属间化合物，密封保存。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的镍铝水滑石的制备方法为：将硝酸镍、硝酸铝、尿素和氟化铵溶解在去离子水中得到透明的溶液，其中各原料的浓度分别是0.05-0.2M，0.025-0.1M，0.5-2M和0.2-0.8M；然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，在80-120℃下密封反应12-48个小时，最后将得到的沉淀物用去离子水洗至中性。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的超薄镍铝水滑石的具体制备方法为：将镍铝水滑石分散到20-80wt％的丙酮水溶液中，在20-40℃下搅拌2-24个小时，取出离心洗涤，放入60-100℃的烘箱干燥，得到超薄镍铝水滑石。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的超薄镍铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫敏，杨宇森，刘巍，王慧敏，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11