一种氮掺杂碳负载钯催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氮掺杂碳负载钯催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明专利技术提供的氮掺杂碳负载钯催化剂的制备方法，包括以下步骤：将碳材料和强酸溶液混合，进行酸处理，得到酸活化碳材料；将所述酸活化碳材料、水溶性钯盐溶液和含氮离子液体混合后干燥，得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体在保护气氛下进行煅烧后还原，得到氮掺杂碳负载钯催化剂。酸处理能够增加碳材料表面的含氧官能团数量并提高钯纳米颗粒的分散稳定性；以含氮离子液体作为氮的前驱体，在煅烧过程中分解产生的氮原子掺杂能够使氮均匀掺杂在碳材料中，同时提高钯纳米颗粒的分散性和稳定性，催化活性高。且本发明专利技术提供的制备方法，工艺简单，适宜工业化生产。适宜工业化生产。适宜工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳负载钯催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，具体涉及一种氮掺杂碳负载钯催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]环己甲酸是一种重要的化工、医药中间体。在化工方面，可作为石油的澄清剂、农药、热固化橡胶的增溶剂和染料添加剂等，还可用于合成光固化剂l-羟基环已基苯基甲酮；在医药中间体方面，环己甲酸可用于合成药物吡喹酮、己内酰胺和安赛蜜等，经济高效的合成环己甲酸具有很高的意义与价值。
[0003]环己甲酸苯甲酸的合成最直接有效的方法是在催化剂作用下选择性苯环加氢反应。目前，用来催化苯甲酸加氢生成环己甲酸的催化剂主要是贵金属，例如Pd、Pt、Rh、Ir、Ru等，其中，Pd具有高选择性、不易失活、高催化活性、使用寿命长等特点使其在加氢反应中应用的最为广泛。研究发现，将Pd负载于载体上能够进一步增加Pd的活性，例如J.A.Anderson等(J.A.Anderson,A.Athawale,F.E.Imrie,etal.Aqueous phasehydrogenation of substituted phenyls over carbon nanofibre and activated carbon supported Pd[J].Journal of Catalysis,2010,270(1):9-15.)通过强酸将CNF进行处理，增加其表面的官能团，从而增加催化剂分散性，来提高催化剂的活性；Yong Wang课题组(R.Nie,H.Jiang,X.Lu,D.Zhou.Q.Xia.Highly activeelectron-deficient Pd clusters on N-doped active carbon for aromatic ring hydrogenation[J].CatalysisScience&Technology,2016,6(6):1913-1920.)用氨基葡萄糖盐酸盐作为前驱体制备出氮掺杂碳材料，用作载体来制备Pd/CN催化剂，从而提高Pd的催化性能；Qinghua Xia等(H.Jiang,X.Yu,R.Nie,X.Lu,D.Zhou.Q.Xia.Selective hydrogenation of aromatic carboxylic acids over basic N-doped mesoporous carbon supported palladium catalysts[J].Applied Catalysis A:General,2016,520:73-81.)利用模板法制备出了中孔氮化碳，得到高分散性的纳米颗粒，从而增加Pd的催化活性。然而上述方法工艺复杂，且制备的催化剂中Pd的稳定性比较差，进而其循环使用性差，催化剂的活性不够高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种氮掺杂碳负载钯催化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法制备的氮掺杂碳负载钯催化剂中钯的稳定性高，催化剂的催化活性高且工艺简单。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种氮掺杂碳负载钯催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将碳材料和强酸溶液混合，进行酸处理，得到酸活化碳材料；
[0008]将所述酸活化碳材料、水溶性钯盐溶液和含氮离子液体混合后干燥，得到催化剂前驱体；
[0009]将所述催化剂前驱体在保护气氛下进行煅烧后还原，得到氮掺杂碳负载钯催化剂。
[0010]优选的，所述含氮离子液体包括N-丁基-N-甲基吡咯烷酮溴盐或三烷基甲基氯化铵、N-丁基-N-甲基吡咯烷溴盐或1,3-二乙基咪唑醋酸盐。
[0011]优选的，所述酸活化碳材料和含氮离子液体的质量比为1：(0.1～0.4)。
[0012]优选的，所述酸活化碳材料和水溶性钯盐溶液中钯的质量的比为1：(0.005～0.03)。
[0013]优选的，所述干燥的温度为100～180℃，时间为6～16h。
[0014]优选的，所述煅烧的温度500～1000℃，时间为2～8h。
[0015]优选的，所述还原为还原气体还原，所述还原气体包括氢气和/或氨气；所述还原的温度为200～600℃，时间为2～5h。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法得到的氮掺杂碳负载钯催化剂，包括氮掺杂碳载体和负载在所述氮掺杂碳载体上的钯纳米颗粒。
[0017]优选的，所述氮掺杂碳载体中氮的掺杂量3～10wt％；
[0018]所述钯纳米颗粒的负载量为0.5～3wt％。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述氮掺杂碳负载钯催化剂在苯甲酸加氢制环己甲酸中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种氮掺杂碳负载钯催化剂的制备方法，包括以下步骤：将碳材料和强酸溶液混合，进行酸处理，得到酸活化碳材料；将所述酸活化碳材料、水溶性钯盐溶液和含氮离子液体混合后干燥，得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体在保护气氛下进行煅烧后还原，得到氮掺杂碳负载钯催化剂。本专利技术提供的制备方法，通过酸处理增加了碳材料表面的含氧官能团数量，能够增加催化剂中钯纳米颗粒的分散稳定性，进而提高催化剂的催化活性。本专利技术以含氮离子液体作为氮的前驱体，在煅烧过程中分解产生的氮原子掺杂在酸处理的碳材料中，能够使氮均匀掺杂在碳材料中，同时使得钯纳米颗粒很好地与氮掺杂碳载体结合并均匀分布，提高钯纳米颗粒在氮掺杂碳载体中的分散均匀性和稳定性，进一步提高催化剂的催化活性。而且，本专利技术提供的制备方法，工艺简单，适宜工业化生产。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法得到的氮掺杂碳负载钯催化剂，包括氮掺杂碳载体和负载在所述氮掺杂碳载体上的钯纳米颗粒。本专利技术提供的催化剂中，钯纳米颗粒与氮掺杂碳载体之间具有相互电荷转移，电子结构，形成强化学键，催化剂的稳定性强，含氮离子液体能够包裹着钯金属颗粒，钯纳米颗粒在氮掺杂碳载体中不会发生团聚，分散性好；而且以含氮离子液体作为氮源，氮元素的掺杂不仅可以使碳材料产生结构缺陷，调变其形貌，还会改变氮原子周围碳原子的电子云密度，增强体系间的电子转移能力，进而改善了催化剂的催化性能，应用于苯甲酸加氢制环己甲酸中，催化活性高、环己甲酸的收率高且苯甲酸的选择性高。如实施例结果所示，本专利技术提供的氮掺杂碳负载钯催化剂催化苯甲酸加氢制备环己甲酸，苯甲酸的转化率为92.5～99.5％，环己甲酸选择性的选择性为88.3～98.2％。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的氮掺杂碳负载钯催化剂的透射电镜图；
[0023]图2为实施例1制备的氮掺杂活性炭碳负载钯催化剂循环催化效果图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种氮掺杂碳负载钯催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0025]将碳材料和强酸溶液混合，进行酸处理，得到酸活化碳材料；
[0026]将所述酸活化碳材料、水溶性钯盐溶液和含氮离子液体混合后干燥，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳负载钯催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳材料和强酸溶液混合，进行酸处理，得到酸活化碳材料；将所述酸活化碳材料、水溶性钯盐溶液和含氮离子液体混合后干燥，得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体在保护气氛下进行煅烧后还原，得到氮掺杂碳负载钯催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮离子液体包括N-丁基-N-甲基吡咯烷酮溴盐、三烷基甲基氯化铵、N-丁基-N-甲基吡咯烷溴盐或1,3-二乙基咪唑醋酸盐。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酸活化碳材料和含氮离子液体的质量比为1：(0.1～0.4)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸活化碳材料和水溶性钯盐溶液中钯的质量的比为1：(0.005～0.03)。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩得满，李嵘嵘，陈先朗，武承林，
申请(专利权)人：台州市生物医化产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：