一种分解N-甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于分解N

【技术实现步骤摘要】
一种分解N
‑
甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于多孔碳催化剂
，具体涉及一种分解N
‑
甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]N
‑
甲基氧化吗啉(NMMO)作为一种常见的高级叔胺类氧化物，因其对纤维素具有极强溶解性能而被广泛用于生产莱赛尔(Lyocell)纤维。莱赛尔纤维是一种绿色可自然降解的人造纤维，被称为“21世纪的绿色纤维”，是各国纺织行业重点开发产品。因此，开发莱赛尔纤维的关键在于高品质N
‑
甲基氧化吗啉的获得。
[0003]目前工业上生产NMMO的一般方法是通过双氧水氧化N
‑
甲基吗啉(NMM)所得，其反应结束后往往会存在双氧水残余问题。残余双氧水会使得Lyocell纤维生产过程中的纺丝效果变差，影响拉丝过程；同时在Lyocell纤维生产过程中也会加入少量抗氧化剂来抑制NMMO的分解，双氧水的存在会消耗过量抗氧化剂。因此，如何有效去除NMMO产品中的残余双氧水对提高NMMO产品质量具有重要意义。
[0004]目前直接用于分解NMMO产品中残余双氧水的催化剂研究较少，但文献中关于分解双氧水的催化剂主要包括金属基催化剂和非金属基催化剂。金属基催化剂主要包括MnO2、Fe2O3、NiO等，虽然分解效果良好，但是会不可避免存在金属溶出问题，导致二次污染，需要进一步通过纯化方可获得高品质NMMO。非金属基催化剂主要以多孔碳材料为主。多孔碳材料主要包括活性炭、碳纳米管、介孔碳、碳微球等，具有孔隙结构发达、耐水热、耐酸碱、表面性质易于调控、环境友好等优异性质，不会存在金属溶出问题，在分解双氧水方面具有良好应用前景，但其催化分解双氧水活性与金属基催化剂相比还有待进一步提高。因此，针对NMMO产品中存在的残余双氧水问题，创新多孔碳制备方法，开发高效的多孔碳催化剂是亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种用于分解N
‑
甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂及其制备方法，该中间相沥青基介孔碳可有效解决现有的多孔碳催化剂存在催化分解双氧水效果差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种用于分解N
‑
甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将粉碎的中间相沥青与硬模板混匀，然后向其中加入助剂，通过球磨的方式混匀；
[0009](2)将步骤(1)中的混合物在氮气保护条件下，以3
‑
7℃/min的速率升温至600
‑
900℃，煅烧1.5
‑
3h，然后冷却至室温，向其中加入质量分数为10
‑
40％氢氟酸，浸泡12
‑
24h，过
滤、洗涤后干燥；
[0010](3)将步骤(2)中干燥后的物质与碱性溶液在120
‑
180℃条件下水热反应8
‑
30h，然后将反应后的固体物质洗涤至中性并烘干；
[0011](4)将步骤(3)中烘干后的物质在二氧化碳活化氛围下，于600
‑
1000℃条件下煅烧1
‑
3h，制得。
[0012]进一步地，步骤(1)中中间相沥青、硬模板和助剂的重量比为3
‑
10:2
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8:1。
[0013]进一步地，步骤(1)中中间相沥青、硬模板和助剂的重量比为4:3:1。
[0014]进一步地，步骤(1)中硬模板为纳米氧化钙、纳米二氧化硅、三氧化二铝或分子筛。
[0015]进一步地，步骤(1)中助剂为硫酸铵、尿素、硫脲、三聚氰胺、双氰胺或氯化铵中的至少一种。
[0016]上述方案中，在碳纳米材料中掺杂氮原子可以极大地改变材料的化学性质，碳材料中的氮可以增强表面碱性，碱性官能团是富电子的路易斯碱结构，可以把电子传递给吸附在活性炭表面的过氧化氢分子。
[0017]进一步地，步骤(3)中的碱性溶液为氢氧化钾或者氢氧化钠。
[0018]进一步地，步骤(3)中碱性溶液的浓度为1
‑
4mol/L。
[0019]进一步地，步骤(3)中碱性溶液的浓度为4mol/L。
[0020]上述方案中，中间相沥青是一种典型的向列型液晶物质，由片层状芳烃大分子以类石墨结构进行排列，是一种制备高石墨化多孔碳材料的优质前驱体，高石墨化有助于提高多孔碳对双氧水的分解效果；采用氢氟酸浸泡，以去除材料中的硬模板，使得材料内部形成多孔状结构，增加催化反应面积，提高催化效果；将中间相沥青基与助剂混合后碳化，可将助剂中的氮元素引入碳材料内部，形成氮掺杂多孔碳，进而可增强多孔碳材料催化分解双氧水性能；再将碳材料与碱性溶液进行水热反应，可利用碱性溶液的活化作用，在活性炭表面形成丰富表面官能团，进而有助于增强活性炭与双氧水之间电子传递，从而促进双氧水分解。
[0021]本专利技术所产生的有益效果为：
[0022]1、本专利技术中采用中间相沥青这种优质前驱体作为原料来制备多孔碳材料，具有原料易得、价格低廉、所得材料易于石墨化等优点，同时也拓展了中间相沥青基碳材料在分解双氧水中的应用。
[0023]2、本专利技术中采用硬模板造孔、氮掺杂改性和碱溶液活化等方式可得到孔隙发达、表面积大、表面富含活性官能团的中间相沥青基介孔碳，针对NMMO产品中存在的残余双氧水具有良好分解性能，相比于煤基、椰壳基活性炭的双氧水分解效率明显提高。
附图说明
[0024]图1为实施例1中的吸附脱附等温线；
[0025]图2为实施例1中BJH法(脱附)微分积分孔体积孔径对数分布曲线图；
[0026]图3为实施例2中的吸附脱附等温线；
[0027]图4为实施例2中BJH法(脱附)微分积分孔体积孔径对数分布曲线图；
[0028]图5为实施例3中的吸附脱附等温线；
[0029]图6为实施例3中BJH法(脱附)微分积分孔体积孔径对数分布曲线图；
[0030]图7为现有活性碳与实例1、实例2和实例3催化氮甲基氧化吗啉中双氧水分解效果。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0032]实施例1
[0033]一种用于分解N
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甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂，其制备方法，包括以下步骤：
[0034](1)将粉碎的中间相沥青与纳米二氧化硅混匀，然后向其中加入硫酸铵，通过球磨的方式混匀，其中，中间相沥青基、纳米二氧化硅和硫酸铵的质量比为4:3:1；
[0035](2)将步骤(1)中的混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分解N
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甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粉碎的中间相沥青与硬模板混匀，然后向其中加入助剂，通过球磨的方式混匀；(2)将步骤(1)中的混合物在惰性气体保护条件下，以3
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7℃/min的速率升温至600
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900℃，煅烧1.5
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3h，然后冷却至室温，向其中加入质量分数为10
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40％氢氟酸，浸泡12
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24h，过滤、洗涤后干燥；(3)将步骤(2)中干燥后的物质与碱性溶液在120
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180℃条件下水热反应8
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30h，然后将反应后的固体物质洗涤至中性并烘干；(4)将步骤(3)中烘干后的物质在二氧化碳活化氛围下，于600
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1000℃条件下煅烧1
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3h，制得。2.如权利要求1所述的分解N
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甲基氧化吗啉产品中残余双氧水的中间相沥青基介孔碳催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中中间相沥青、硬模板和助剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢波，付朝庭，杨郭，刘兴勇，周倩，刘小楠，叶宇玲，周强，唐熙芃，黄艳，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：