一种碳基材料、其制备方法和用途技术

一种碳基材料、其制备方法和用途，该碳基材料包含C、O、Mg、Cl元素，该碳基材料中过氧基团的含量小于2×10-6mol/g。该碳基材料的制备方法，包括在非活性气氛中，将固体碳源与格氏试剂相互接触一段时间，然后用溶剂除去多余的格氏试剂，干燥。所述的碳基材料可用于烃氧化脱氢制备烯烃。本发明专利技术提供的碳基材料氧化脱氢制备烯烃具有较高的转化率和选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基材料、其制备方法和用途
本专利技术涉及一种碳基材料及其制备方法和用途，更进一步说涉及一种含氧碳基材料及其制备方法和用途。
技术介绍
碳基材料包括碳纳米管、活性炭、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维和纳米金刚石等等。碳基材料可以作为烃氧化脱氢的催化材料，例如：文献AppliedCatalysis,29(1987)311-326报道了利用活性炭为催化剂将乙苯氧化脱氢成为苯乙烯，文献ACTAPHYSICAPOLONICA,Vol.118,(2010),459-464报道了利用活性炭为催化剂将正丁烷转化为丁烯和丁二烯。研究表明，如果在纳米碳材料(例如纳米碳管和石墨烯)表面上修饰含氧、氮等杂原子的饱和及非饱和官能团，可以改变纳米碳材料的催化活性(例如文献CatalysisToday(2005)102-103中的记载)，但是催化活性与修饰之间的相关性并不清楚。烯烃特别是二烯烃和芳香烯烃是重要的化工原料，例如丁二烯是生产合成橡胶(例如丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶)的主要原料。利用苯乙烯与丁二烯共聚，生产各种用途广泛的树脂(如ABS树脂、SBS树脂、BS树脂和MBS树脂)，使丁二烯在树脂生产中逐渐占有重要地位。此外，丁二烯还可用于生产乙叉降冰片烯(乙丙橡胶第三单体)、1,4-丁二醇、己二腈(尼龙66单体)、环丁砜、蒽醌和四氢呋喃等，因此丁二烯也是重要的基础化工原料。此外，苯乙烯也是重要的合成橡胶和塑料的单体，可以用来生产丁苯橡胶、聚苯乙烯和泡沫聚苯乙烯等；也用于与其他单体共聚制造多种不同用途的工程塑料。如与丙烯腈、丁二烯共聚制得ABS树脂，广泛用于各种家用电器及工业上；与丙烯腈共聚制得的SAN树脂是耐冲击、色泽光亮的树脂；与丁二烯共聚所制得的SBS是一种热塑性橡胶，广泛用作聚氯乙烯、聚丙烯的改性剂等。苯乙烯主要用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶，也是生产离子交换树脂及医药品的原料之一，此外，苯乙烯还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业。氧化脱氢是制备烯烃的重要方法，例如可以将丁烷氧化脱氢生成1-丁烯，1-丁烯可以进而氧化脱氢生成1,3-丁二烯；也可以将苯乙烷氧化脱氢生成苯乙烯。但是，现有碳基材料催化氧化脱氢制备烯烃存在着难以同时具有较高的选择性和转化率的缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有较高转化率和选择性的催化烃氧化脱氢制备烯烃碳基材料及其制备方法，本专利技术要解决的另外技术问题是提供所述碳基材料的用途。本专利技术的专利技术人出乎意料的发现，使用格氏试剂和固体碳源混合，相互接触一段时间，能形成一种能提高氧化脱氢制烯烃转化率和选择性的碳基材料，由此得到本专利技术。一方面，本专利技术提供了一种碳基材料，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有1-99重量％的碳元素、0.2-40重量％的镁元素、5-30重量％的氧元素和0.1-30重量％的卤素元素(ⅦA族元素)例如氯元素；且该碳基材料中过氧基团的含量小于2×10－6mol/g。优选的，以碳基材料的总重量为基准，本专利技术提供的碳基材料含有10-90重量％的碳元素、2-35重量％的镁元素、5-30重量％的氧元素和1-25重量％的卤素元素优选氯元素；该材料中过氧基团的含量优选小于1×10－6mol/g更优选小于0.5×10－6mol/g。更为优选的，以碳基材料的总重量为基准，本专利技术提供的碳基材料含有50-80重量％的碳元素、5-30重量％的镁元素、5-25重量％的氧元素和2-15重量％的卤素元素优选氯元素；该材料中过氧基团的含量优选小于0.5×10－6mol/g。一种实施方式，该碳基材料含有60-75重量％的碳元素、5-15重量％的镁元素、10-25重量％的氧元素和6-15重量％的ⅦA族元素。本专利技术所提供的碳基材料，优选的，其结构中含有碳纳米管、富勒烯、纳米碳颗粒、活性炭、碳纳米纤维和纳米金刚石中的至少一种的结构。本专利技术还提供了一种制备碳基材料的方法，该方法包括如下步骤：(1)在非活性气氛中，将碳基材料原料与格氏试剂相互接触；(2)用溶剂除去多余的格氏试剂；(3)将(2)所得的物料进行干燥。根据本专利技术，一种实施方式，所述的碳基材料原料含有氧元素。根据本专利技术，所述的格氏试剂为结构式为RMgX的化合物中的一种或多种，其中R可为芳香基也可为烷基，X选自卤素元素中的一种，例如为F、Cl、Br、或I。另一方面，本专利技术还提供如上所述的碳基材料在催化烃的氧化脱氢中的用途。本专利技术提供的碳基材料，为含氧碳基材料，具有较低的过氧基团(-O-O-)含量。本专利技术提供的碳基材料可以在烃的氧化脱氢中作为催化剂使用，并且具有较高的烃类催化氧化性能，用于烃氧化脱氢，具有较高的烃原料转化率和目的产物选择性。本专利技术提供的碳基材料制备方法，可以得到氧含量较高的情况下具有较低的过氧基团含量的碳基材料，可以提高碳基材料的转化率和选择性。本专利技术提供的碳基材料应用技术方案，能够提高氧化脱氢制备烯烃的转化率和选择性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式加以详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的气体和液体的体积数值均为20℃，1个标准大气压下的数值。所述的过氧基团可通过碘量法来测量，可参考文献F.P.Greenspan,D.G.Mackellar,AnalyticalChemistry1948,20,1061-1063中介绍的方法。本专利技术提供的碳基材料，含有碳元素以及氧、镁和卤素改性元素，碳元素的含量为1～99重量％，例如为10～90重量％、20～85重量％、40～80重量％、40～75重量％、50～80重量％、55～80重量％或60～75重量％；氧元素的含量为5～30重量％，例如为5～25重量％、、8～25重量％、5～20重量％、10～25重量％或10～20重量％；镁元素的含量0.2～40重量％，例如为1～35重量％、2～35重量％、5～30重量％、5～25重量％、3～20重量％、5～15重量％或6～12重量％，卤素的含量为0.1～30重量％，例如为1～25重量％、2～20重量％、2～15重量％、6～15重量％或5～15重量％。所述的碳基材料中过氧基团的含量不超过2×10－6mol/g，例如为0.2×10－6mol/g～2×10－6mol/g，优选不超过1×10－6mol/g，更优选不超过0.5×10－6mol/g。所述的卤素为F、Cl、Br和I中的一种或多种，优选为Cl。本专利技术提供的碳基材料中，还可以含氢元素。所述氢元素的含量不超过5重量％，例如为0～5重量％、0.1～4.5重量％、0.3～4重量％、0.5～3.5重量％或0.5～3重量％或0.7～2.5重量％。本专利技术提供的碳基材料中，还可以含有除了C、H、O、Mg和ⅦA族元素以外的其它元素。所述其它元素的含量可以为0～98重量％，例如为0～85重量％或0～48重量％、0.2～30重量％。所述的其它元素例如除氢以外的ⅠA族元素、除镁以外的ⅡA族元素、ⅢA族元素、除碳以外的ⅣA族元素、ⅤA族元素、除氧以外的ⅥA族元素、过渡金属元素中的一种或多种，所述的其它元素例如硫元素、硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有1‑99重量％的碳元素、0.2‑40重量％的镁元素、5‑30重量％的氧元素和0.1‑30重量％的ⅦA族元素；且该碳基材料中过氧基团的含量小于2×10－6mol/g。

【技术特征摘要】
2015.01.27 CN 20151004093951.一种碳基材料，其特征在于，该碳基材料由C、O、Mg和ⅦA族元素组成或者由C、H、O、Mg和ⅦA族元素组成或者由C、H、O、Mg、ⅦA族和其它元素组成，所述的其它元素为除氢以外的ⅠA族元素、除镁以外的ⅡA族元素、ⅢA族元素、除碳以外的ⅣA族元素、ⅤA族元素、除氧以外的ⅥA族元素中的一种或多种；以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有1-99重量％的碳元素、0.2-40重量％的镁元素、5-30重量％的氧元素、0.1-30重量％的ⅦA族元素；且该碳基材料中过氧基团的含量为0.3～1.5×10－6mol/g，该碳基材料的XPS图谱中，镁的2p电子的结合能特征峰的位置为50.4～51eV。2.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有10-90重量％的碳元素。3.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有50～80重量％的碳元素。4.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有60～75重量％的碳元素。5.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有2-35重量％的镁元素。6.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有5～20重量％的镁元素。7.据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，以该碳基材料的总重量为基准，该碳基材料含有6～12重量％的镁元素。8.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料含有5-30重量％的氧元素。9.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料含有8～25重量％的氧元素。10.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料含有10～20重量％的氧元素。11.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料含有1-25重量％的ⅦA族元素；所述的ⅦA族元素为氟、氯、溴、碘中的一种或多种。12.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料含有2～20重量％的ⅦA族元素。13.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料含有5-15重量％的ⅦA族元素。14.根据权利要求1～13任一项所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料中其它元素的含量为0～85重量％，氢元素的含量为0～5重量％。15.根据权利要求1～13任一项所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料中氢元素的含量为0.1～4.5重量％。16.根据权利要求1～13任一项所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料中氢元素的含量为0.5～3重量％。17.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料中过氧基团的含量为0.3～1.43×10－6mol/g。18.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料中过氧基团的含量不超过1×10－6mol/g。19.根据权利要求1所述的碳基材料，其特征在于，该碳基材料的结构中含有碳纳米管、富勒烯、纳米碳颗粒、活性炭、碳纳米纤维或纳米金刚石中的至少一种的结构。20.一种制备如权利要求1所述碳基材料的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)在非活性气氛中，使碳基材料原料与格氏试剂接触，(2)用溶剂除去未反应的格氏试剂；(3)将步骤(2)所得的碳基材料进行干燥；所述的碳基材料原料中过氧基团含量不低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣峻峰，谢婧新，李嘉权，于鹏，史春风，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11