一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂及其制备方法，首先将钒源和生物质按照1:17～1:68的质量比混合后加入蒸馏水中，搅拌使其完全溶解；然后将得到的溶液置于水热釜中加热发生水热反应，得到碳化物；最后将得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到生物质作载体的钒基催化剂。本发明专利技术简化了苯直接羟基化制苯酚反应中催化剂的制备过程，并提高了催化剂的稳定性，所制备的催化剂在反应中表现出较好的活性和选择性，提高了苯制苯酚反应的产率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水热合成以及能源化工领域，具体涉及一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂及其制备方法。
技术介绍
生物质能是一种储存于生物质内的能源，是一种清洁、可持续发展、且资源丰富的可再生能源。生物质能在使用过程中产生的CO2量与植物生长过程中吸收的CO2量相近，同时植物自身还起到保护和改善生态环境的重要作用。因而在化石能源紧迫和力求减少温室气体的今天，其开发利用备受全球各国重视，且发展前景宽广。水热碳化作为一种新型的生物质能利用技术，将水作为反应介质，在一定温度和压力下，将生物质转化为以水热焦碳为主的一系列高附加值产物，相对于传统生物质利用技术具备以下优点：反应条件温和、操作简单；原料无须干燥；水热焦碳易于分离，且可应用于纳米碳材料、催化材料和气体存储(如H2，CO2)、生物传感材料、污染物吸附脱除、电池电极材料等诸多领域。苯酚是一类重要的化工中间体，90％的苯酚应用于酚醛树脂的合成方面，它还在医药、农药、油漆、染料、炸药、石油添加剂、脱漆剂、木材防腐剂、香料等的合成领域有重要作用。目前绝大多数工厂生产苯酚的方法主要是异丙苯法，该方法存在以下5个方面的不足：①反应步骤多；②收率低(约5％)；③能耗大；④环境严重污染；⑤成本会随副产物丙酮的市场价格而波动。因此，近年来，世界各国致力于研究一种苯酚的绿色制备方法，其中苯直接氧化制备苯酚作为一种比较经济绿色的苯酚制备新方法受到人们的广泛关注，成为了研究的热点。苯直接氧化制备苯酚有以下4个方面的优点：①反应步骤少；②原子利用率高；③能耗低；④环境友好，这使得苯直接氧化制备苯酚成为目前研究的热点，受到世界各国的广泛关注。氧气作为一种绿色的氧化剂，其氧化反应的副产物对环境无污染；且氧气相对于双氧水而言，不仅廉价易得，而且绿色无害。因此，氧气氧化苯被认为最可能优先实现苯酚工业化的绿色制备途径。目前，氧气直接氧化苯制备苯酚使用的催化剂主要是钒基催化剂，但鉴于此种催化剂普遍存在循环性能差，活性成分易流失等缺点。因此，氧气直接氧化(羟基化)苯制备苯酚的技术关键在于催化剂的制备和开发。近年来人们逐渐研究合成负载型钒基催化剂来取代钒基催化剂，以达到提高催化剂的活性和稳定性，降低苯直接制苯酚成本的目的。在目前公开的应用于苯直接制苯酚反应的负载型钒基催化剂中，专利CN103537313A、CN103878012A、CN103191781A和CN101362098B中分别以分子筛作为载体制备催化剂，这4种催化剂不仅载体和催化剂合成原料价格较为昂贵，而且催化剂的合成还存在温度较高，步骤较多，制备过程较复杂，制备周期相对较长等不足。因此，研制一种高效、简单易制备、绿色环保的氧气催化氧化苯制备苯酚的催化剂具有重要的意义。到目前为止，由生物质一步直接水热合成制备用于氧气苯直接氧化制备苯酚的负载型钒基催化剂的研究未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术简化了苯直接羟基化制苯酚反应中催化剂的制备过程，并提高了催化剂的稳定性，所制备的催化剂在反应中表现出较好的活性和选择性，提高了苯制苯酚反应的产率。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将钒源和生物质按照1:17～1:68的质量比混合后加入蒸馏水中，搅拌使其完全溶解；步骤二：将步骤一得到的溶液置于水热釜中加热发生水热反应，得到碳化物；步骤三：将步骤二得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到生物质作载体的钒基催化剂。进一步地，步骤一中每30ml蒸馏水中加入2.35g～3.60g的钒源和生物质混合物。进一步地，步骤一中所述的钒源为偏钒酸铵，二氧化钒或三氯化钒。进一步地，步骤一中所述的生物质为蔗糖，葡萄糖，果糖，抗坏血酸，淀粉，糠醛，5-羟甲基糠醛或葡萄糖和果糖的任意比例的混合物。进一步地，步骤二中水热反应的温度为120～210℃，时间为12～24h。一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂，采用上述的用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法制得。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术方法利用生物质作为碳源，采用一步法制备含有钒氧化物的负载型催化剂，钒氧化物的引入到载体上表现较好的催化活性，能够广泛的应用于苯直接制苯酚以及其它的氧化反应中。以生物质作为生物质，制备炭基负载型催化剂，并且在其表面引入钒氧化物，不仅能够保证催化剂提供较好的活性成分，同时炭基载体能够保证催化剂的稳定性；另外，炭基载体的制备来源于绿色的生物质，制备方法简单、绿色，具有催化活性高、收率高、稳定性好且对反应设备无腐蚀、反应后易分离可以循环使用等优点，特别采用在蔗糖作碳源的负载型钒基催化剂时，催化性能最高可达到了12.2％。具体实施方式下面对本专利技术的实施方式做进一步详细描述：一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将钒源与生物质按照1:17～1:68的质量比混合后加入蒸馏水中，其中，每30ml蒸馏水中加入2.35g～3.60g钒源与生物质的混合物，搅拌使其完全溶解；钒源包括偏钒酸铵，二氧化钒，三氯化钒；生物质包括蔗糖，葡萄糖，果糖，抗坏血酸，淀粉，糠醛，5-羟甲基糠醛以及葡萄糖和果糖的任意比例的混合物；步骤二：将步骤一得到的溶液置于水热釜中于120～210℃温度下加热12～24h发生水热反应，得到碳化物；步骤三：将步骤二得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到负载型钒基催化剂。一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂，采用上述的一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法制得。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：实施例1将0.05g偏钒酸铵与3.40g蔗糖混合加入30ml的蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，将溶液加入水热釜中在180℃下加热发生水热反应24h，得到碳化物，然后将得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到蔗糖作载体的负载型钒基催化剂。将制备得到的催化剂用于苯羟基化反应，将50mg催化剂、1mL苯(0.84g)、3mL乙腈、0.8g抗坏血酸加入10mL高压釜中反应，通入3MPa的O2，磁力搅拌下反应，反应温度为80℃，保持4h，得到苯酚收率为9.5％。实施例2将0.05g偏钒酸铵与3.40g葡萄糖混合加入30ml的蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，将溶液加入水热釜中在180℃下加热发生水热反应24h，得到碳化物，然后将得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到葡萄糖作载体的负载型钒基催化剂。将制备得到的催化剂用于苯羟基化反应，将50mg催化剂、1mL苯(0.84g)、3mL乙腈、0.8g抗坏血酸加入10mL高压釜中反应，通入3MPa的O2，磁力搅拌下反应，反应温度为80℃，保持4h，得到苯酚收率为5.3％。实施例3将0.05g偏钒酸铵与3.40g果糖混合加入30ml的蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，将溶液加入水热釜中在180℃下加热发生水热反应14h，得到碳化物，然后将得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到果糖作载体的负载型钒基催化剂。将制备得到的催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将钒源和生物质按照1:17～1:68的质量比混合后加入蒸馏水中，搅拌使其完全溶解；步骤二：将步骤一得到的溶液置于水热釜中加热发生水热反应，得到碳化物；步骤三：将步骤二得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到生物质作载体的钒基催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将钒源和生物质按照1:17～1:68的质量比混合后加入蒸馏水中，搅拌使其完全溶解；步骤二：将步骤一得到的溶液置于水热釜中加热发生水热反应，得到碳化物；步骤三：将步骤二得到的碳化物依次经乙醇和蒸馏水洗至滤液为无色透明后烘干，即得到生物质作载体的钒基催化剂。2.根据权利要求1所述的一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中每30ml蒸馏水中加入2.35g～3.60g的钒源和生物质混合物。3.根据权利要求1所述的一种用于苯直接氧化制备苯酚的钒基催...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟涛，石磊磊，马养民，李娜，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61