一种磁性Au/Fe3O4催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性Au/Fe3O4催化剂及其制备方法与应用，其是以铁盐、亚铁盐、氨水以及氯金酸为原料，经沉淀、浸渍以及煅烧制得所述磁性Au/Fe3O4催化剂。本发明专利技术方法制备成本低，生产工艺简单，可大规模生产，所得催化剂具有较高的催化活性和选择性，可用于催化氧化苯甲醇及催化还原芳香族硝基化合物，有利于环境和能源的可持续发展。

Magnetic Au/Fe3O4 catalyst and preparation method and application thereof

The invention discloses a magnetic Au/Fe3O4 catalyst and preparation method and application thereof, which is in Ya Tieyan, iron salt, ammonia and chloroauric acid as raw material, after precipitation, impregnation and calcination of the magnetic Au/Fe3O4 catalyst. The preparation method of the invention has low cost, simple production process, large-scale production, the catalyst has high catalytic activity and selectivity, can be used for the reduction of aromatic nitro compounds by catalytic oxidation of benzene and methanol catalyst, is conducive to the sustainable development of environment and energy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种磁性Au/Fe3O4催化剂及其制备方法与其在催化氧化苯甲醇与催化还原芳香族硝基化合物中的应用。
技术介绍
磁性材料，即强磁性物质，是古老而用途十分广泛的功能材料，早在3000年以前就被人们所认识和应用，如用天然磁铁作为指南针。将磁性材料制成各种元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域，尤其在信息
已成为不可缺少的组成部分。自20世纪50年代以来，全球磁性材料的产值和产量几乎每隔10年就翻一番，目前世界磁性材料市场已超过200亿美元，成为现代社会和工业发展的基石。通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。近年来，由于磁性材料具有可导向性、快速分离性、选择性好等优点，磁性材料还被广泛的应用在生物医药、催化、污水处理、重金属的去除等领域。随着工业化程度日益提升，环境污染和能源危机是当前人类面临最严峻的问题，严重地威胁着人类社会的可持续发展。寻求高效、环保的污染物处理技术和清洁可再生的能源成为近年来世界关注的焦点。随着催化技术的发展，低温或室温催化有机化合物的选择性氧化还原越来越受到大家的认可，并且对其进行了探索性研究。在众多选择性氧化反应中，芳香族醇类化合物的选择性氧化是精细化工产业中间体合成的一个重要反应，通过选择性氧化反应，可以得到醛类、酮类以及酸类等一系列重要化工产品的中间体，可广泛应用于医药、染料、香料、农药和材料等工业领域。但传统的有机合成不仅步骤繁琐，还涉及到高温高压所带来的安全隐患，而且所使用的氧化剂通常是一些具有毒性或者腐蚀性的强氧化剂。另外，芳香族硝基化合物是一种重要的染料中间体，也是工业废水中常见的排放物，其毒性大、稳定性好、治理困难。传统的物理化学法处理成本高、效率低；生物法处理存在降解菌筛选困难、处理能力差等不足。如何有效降解或转化芳香族硝基化合物已成为目前研究的热点。同时，芳香族硝基化合物经过还原得到的胺基化合物，也是重要的有机中间体和精细化工产品，广泛应用于合成橡胶、染料、色素、医药、农药等领域，市场需求量大。但目前商业化生产芳香胺类化合物的生产都是利用计量的还原剂，如连二硫酸钠、硼氢化钠、水合肼和氨水中的铁、锡、锌等，且其过程中普遍涉及到高温、高压及催化剂铁粉，使其工艺存在工业废水多、产生大量铁泥等问题，不仅耗能高而且严重污染环境。研究合成可调控的催化剂，对芳香族醇类进行选择性氧化和对芳香族硝基化合物进行催化还原，既能变废为宝，又有利于人类社会的可持续发展。因此，开发廉价、易得、易分离、生产工艺简单、可大规模制备的催化剂，用于芳香族有机化合物的选择性氧化还原非常有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磁性Au/Fe3O4催化剂及其制备方法与应用，其所得催化剂催化活性好、选择性高、寿命长、便于分离收回、对环境友好，可用于芳香族有机化合物的选择性氧化还原，且其制备成本低、生产工艺简单、可大规模生产。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种磁性Au/Fe3O4催化剂，其呈蝴蝶状，表面具褶皱；其制备方法包括以下步骤：1）将铁盐和亚铁盐一同溶于去离子水中，在搅拌条件下加热至65℃；2）保持步骤1）所得溶液温度为65℃，然后边搅拌边缓慢滴加氨水溶液，调节反应液pH值为10-11，再于65℃继续搅拌反应1h；3）所得固体过滤分离后，用去离子水洗涤至pH为中性，干燥即得Fe3O4固体；4）将所得Fe3O4固体置于容器中，采用等体积浸渍法，慢慢在Fe3O4固体表面均匀滴加氯金酸溶液；5）将步骤4）浸渍有HAuCl4的Fe3O4完全干燥后，置于400℃煅烧2h，得到所述磁性Au/Fe3O4催化剂；其中，所用铁盐为三氯化铁（FeCl3），所用亚铁盐为六水合硫酸亚铁铵（(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O）；两者摩尔比为2:1。所得磁性Au/Fe3O4催化剂不仅可用于无溶剂生成苯甲醛，还可用于催化芳香族硝基化合物还原生成相应的胺基化合物。本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术磁性Au/Fe3O4催化剂呈蝴蝶状，表面具褶皱，在催化过程中能提供更多的活性位点，且其制备成本低，生产工艺简单，可大规模生产，可拓展所得催化剂在催化氧化还原有机物方面的应用。（2）传统采用溶液形式制备贵金属负载型催化剂，往往需要使用表面活性剂、聚合物和聚电解质以确保贵金属粒子的形成，但加入的表面活性剂、聚合物和聚电解质后期难以完全去除，会对所得催化剂的催化活性产生严重影响。为了使催化剂发挥最大的催化性能，本专利技术先制备得到纯相Fe3O4，再采用等体积浸渍法负载贵金属Au，可避免使用有机溶剂、表面活性剂、聚合物和聚电解质等，且此方法简单、环保、易行。（3）本专利技术Au/Fe3O4催化剂可用于催化氧化苯甲醇和催化还原芳香族硝基化合物，并具有高催化效率及高选择性，其在苯甲醇的催化氧化试验中，反应8h的转化率为91%，选择性为89%；在芳香族硝基化合物催化还原试验中，转化率在91%以上，选择性在98%以上。（4）本专利技术所得Au/Fe3O4催化剂具有磁性，易分离回收循环使用，其回收率可达99.3%，有利于环境和能源的可持续发展，且经4次重复催化反应，其催化活性仍保持稳定。附图说明图1是本专利技术所制备Au/Fe3O4的SEM图。图2是以FeCl2·4H2O（a）和(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O（b）为前驱物所制得Fe3O4的XRD图。图3是以(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O为前驱物制得的Au/Fe3O4的XRD图。图4是以FeCl2·4H2O为前驱物制得的Au/Fe2O3的XRD图。具体实施方式一种磁性Au/Fe3O4催化剂的制备方法包括以下步骤：1）将2.70g三氯化铁（FeCl3）和1.96g六水合硫酸亚铁铵（(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O）一同溶于100mL去离子水中，在搅拌条件下加热至65℃；2）保持步骤1）所得溶液温度为65℃，然后边搅拌边缓慢滴加氨水溶液（1:1，v/v），调节反应液pH值为10-11，再于65℃继续搅拌反应1h；3）所得固体过滤分离后，用去离子水洗涤至pH为中性，干燥即得Fe3O4固体；4）将所得0.19gFe3O4固体置于容器中，采用等体积浸渍法，慢慢在Fe3O4固体表面均匀滴加0.5-1mL浓度为0.5-1mol/L的氯金酸溶液；5）将步骤4）浸渍有HAuCl4的Fe3O4完全干燥后，置于400℃煅烧2h，得到所述磁性Au/Fe3O4催化剂。苯甲醇催化氧化的实验方法如下：（1）将一定量的催化剂和一定量的苯甲醇加入到热催化反应釜中并搅拌均匀；（2）调节反应需要的温度、转速和压力，反应一定时间后，分离回收催化剂，并取一定量的产物用乙醇稀释，得产物溶液；（3）将产物溶液进气相色谱分析，通过保留时间和峰面积定性定量。芳香族硝基化合物催化还原的实验方法如下：（1）将一定量的芳香族硝基化合物溶液置于反应容器中，加入一定量的NaBH4；（2）搅拌均匀后，加入催化剂，反应一定时间后，回收催化剂；（3）所得产物溶液进液相色谱分析，通过保留时间和峰面积定性定量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性Au/Fe3O4催化剂，其特征在于：所述催化剂呈蝴蝶状，表面具褶皱。

【技术特征摘要】
1.一种磁性Au/Fe3O4催化剂，其特征在于：所述催化剂呈蝴蝶状，表面具褶皱。2.一种如权利要求1所述磁性Au/Fe3O4催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将铁盐和亚铁盐一同溶于去离子水中，在搅拌条件下加热至65℃；2）保持步骤1）所得溶液温度为65℃，然后边搅拌边缓慢滴加氨水溶液，调节反应液pH值为10-11，再于65℃下继续搅拌反应1h；3）所得固体过滤分离后，用去离子水洗涤至pH为中性，干燥即得Fe3O4固体；4）将所得Fe3O4固体置于容器中，采用等体积浸渍法，慢慢在Fe3O4固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕辉，胡世荣，李国平，
申请(专利权)人：闽南师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35