一种丙酮氧化方法、催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种丙酮氧化方法、催化剂及制备方法，属于金属催化领域，解决了现有技术中丙酮催化氧化方法中催化剂活性低、反应温度高、氧化转化不完全的问题。本发明专利技术的丙酮氧化催化剂，包括金属骨架材料MOFs和金属纳米颗粒NMPs，所述金属有机骨架材料MOFs包裹所述金属纳米颗粒NMPs，所述金属有机骨架材料MOFs为载体，金属纳米颗粒NMPs为催化氧化活性中心。实现了低温条件下对丙酮的连续氧化处理。现了低温条件下对丙酮的连续氧化处理。现了低温条件下对丙酮的连续氧化处理。

【技术实现步骤摘要】
一种丙酮氧化方法、催化剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及金属催化
，尤其涉及一种丙酮氧化方法、催化剂及制备方法。

技术介绍

[0002]醛酮类化合物是一种常见的空气污染物，大多数小分子醛酮类化合物具有极强的挥发性，具有强烈的刺激性和毒性，会对人体健康产生显著的负面影响。醛酮类化合物同时是光化学反应一次污染物和二次污染物，是光化学烟雾的主要成分。人们短期接触较高浓度的醛酮类化合物可导致头晕、眩晕、恶心等症状，长时间接触更会容易诱发呼吸道疾病，如肺炎、哮喘等，更有研究表明醛酮与畸形儿、白血病、癌症等疾病有关。
[0003]目前，针对以丙酮为代表的VOCs末端处理技术分为两个方向。方向一是回收再利用，方向二是破坏与转化。其中，破坏与转化则是通过化学或生化反应，利用光、热、催化剂或微生物等，将复杂的VOCs收集转变为二氧化碳和水等无毒、无害的无机小分子化合物，主要有低温等离子体法、光解法、生物降解法和催化氧化法等。
[0004]在众多治理挥发性有机物污染的控制技术中，催化氧化法被视为是现有去除效率高、对环境友好、最为经济有效的污染治理技术之一。在催化氧化过程中，催化剂活性的高低直接决定了净化效果的好坏。催化剂的活性组分和构效关系决定了催化剂的性能。现有丙酮转化技术方案中通常采用负载型金属催化剂和混合金属氧化物催化剂，其缺点或不足主要体现在以下方面：一是由于催化剂表面反应物即丙酮的浓度较低，导致催化转化的反应速率较低，同时氧化反应的产物分布较广，包含C2和C1等含氧小分子物质，带来分离困难的问题；二是负载型金属催化剂，常见金属活性组分为Pd、Pt、Ni、Co、Cu等，由于丙酮分子含有羰基基团，常规载体上羰基存在多种亚态吸附状态，且这些吸附状态不稳定，导致产物分布较广；三是混合金属氧化物催化剂的活性相对较低，需要较高的反应温度，活性组分在反应过程中容易发生氧缺位迁移，导致有效活性位点数目下降。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种丙酮低温氧化方法、催化剂及制备方法，解决现有丙酮催化氧化方法中至少以下问题之一：(1)丙酮催化氧化方法中催化剂活性低；(2)丙酮催化氧化反应温度高；(3)丙酮催化氧化转化不完全。
[0006]一方面，本专利技术提供一种丙酮氧化催化剂，包括金属骨架材料MOFs和金属纳米颗粒NMPs，所述金属有机骨架材料MOFs包裹所述金属纳米颗粒NMPs，所述金属有机骨架材料MOFs为载体，金属纳米颗粒NMPs为催化氧化活性中心。
[0007]进一步地，所述金属骨架材料MOFs由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接而成；所述金属中心为Al、Zr、Cr、Zn、Mn、Cu中任一种，所述有机配体为对苯二甲酸或二甲基咪唑。
[0008]进一步地，所述金属骨架材料MOFs的孔道结构为MIL、UIO、ZIF中的一种。
[0009]进一步地，金属骨架材料MOFs的比表面积为300～3000m2/g。
[0010]进一步地，所述金属纳米颗粒NMPs为Pt、Pd、Rh、Ru、Au、Ni、Co、Cu、Fe中的一种或者多种。
[0011]进一步地，所述金属纳米颗粒NMPs平均粒径尺寸为2.0-5.0nm，负载量是催化剂总质量的0.5-10.0％。
[0012]一方面，本专利技术提供一种制备丙酮氧化催化剂的方法，包括：
[0013]步骤1.制备金属有机骨架材料MOFs；
[0014]步骤2.制备金属纳米颗粒NMPs；
[0015]步骤3.将步骤1制得的金属有机骨架材料MOFs和步骤2制得的金属纳米颗粒NMPs混合，加入溶剂，室温搅拌浸渍，洗涤干燥得到丙酮氧化的催化剂。
[0016]进一步地，所述步骤1包括：
[0017]步骤1a.将MOFs金属中心元素的无机金属盐和有机配体溶解于有机溶剂中，搅拌并超声后得到MOFs前驱体溶液；
[0018]步骤1b.将含有金属中心元素的无机金属盐溶解于去离子水中，得到无机金属盐水溶液；
[0019]步骤1c.前驱体溶液和无机金属盐水溶液充分混合，室温下浸渍，有机溶剂洗涤数次，干燥，得到金属有机骨架材料MOFs；
[0020]或者所述步骤1包括：
[0021]步骤1A.称取金属前驱体盐和有机配体加入到有机溶剂中，在室温下超声溶解于，得到混合液体；
[0022]步骤1B.将混合液体转移至具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行水热反应，得到金属有机骨架材料MOFs粗产物；
[0023]步骤1C.将金属有机骨架材料MOFs粗产物分离，分别用有机溶剂、去离子水洗涤，干燥，干燥得到金属有机骨架材料MOFs。
[0024]进一步地，所述步骤2包括：
[0025]步骤2a.称取NMPs金属中心元素无机金属盐，加入溶剂去离子水中充分溶解得到NMPs前驱体溶液；
[0026]步骤2b.在保护剂的环境下，缓慢滴加还原剂，得到金属纳米颗粒NMPs粗产物；
[0027]步骤2c.金属纳米颗粒NMPs粗产物用有机溶剂洗涤数次，干燥，得到金属纳米颗粒NMPs，并在保护剂环境下存放备用。
[0028]进一步地，所述步骤3包括：
[0029]步骤3a.将金属有机骨架材料MOFs和金属纳米颗粒NMPs混合，加入去离子水，在室温条件下搅拌，得到催化剂悬浊液；
[0030]步骤3b.将催化剂悬浊液离心分离，用有机溶剂和去离子水依次洗涤数次，在保护氛围中干燥，得到丙酮低温氧化催化剂。
[0031]另一方面，本专利技术提供一种丙酮氧化方法，采用如权利要求1至5所述的丙酮氧化催化剂为催化剂。
[0032]进一步地，包括：
[0033]在固定床式反应器中加入催化剂，第一气体入口通入丙酮，第二气体入口通入氧气，氧气流量为丙酮流量的3-5倍，反应温度130-160℃，连续化反应。
[0034]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0035](1)本专利技术以金属有机骨架材料MOFs作为载体，金属纳米颗粒NMPs作为催化氧化活性中心，金属有机骨架材料MOFs包裹金属纳米颗粒NMPs，相较于传统催化剂既具有金属反应活性中心，又具有MOFs的特殊的骨架结构；MOFs的特殊的骨架结构起到了在骨架内部提供特殊分子间的反应场所的作用，同时又能固着NMPs。
[0036](2)本专利技术通过进一步优化金属纳米颗粒的粒径分布，同时与活性位点形成协同效应，有利于丙酮分子在表面活性位点上的端位吸附，以及反应活性中间体的进一步反应，促进丙酮完全转化。
[0037](3)本专利技术制备的催化剂，可以对丙酮进行连续化低温催化氧化，相比现有技术反应条件更加温和，反应效率更高；相较于传统的催化剂，能够提高金属活性组分的利用率，同时提高选择性，减少由于中间物脱附而产生的副产物。
[0038]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丙酮氧化催化剂，其特征在于，包括金属骨架材料MOFs和金属纳米颗粒NMPs，所述金属有机骨架材料MOFs包裹所述金属纳米颗粒NMPs，所述金属有机骨架材料MOFs为载体，金属纳米颗粒NMPs为催化氧化活性中心。2.根据权利要求1所述丙酮氧化催化剂，其特征在于，所述金属骨架材料MOFs由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接而成；所述金属中心为Al、Zr、Cr、Zn、Mn、Cu中任一种，所述有机配体为对苯二甲酸或二甲基咪唑。3.根据权利要求1所述丙酮氧化催化剂，其特征在于，所述金属纳米颗粒NMPs为Pt、Pd、Rh、Ru、Au、Ni、Co、Cu、Fe中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述丙酮氧化催化剂，其特征在于，所述金属纳米颗粒NMPs平均粒径尺寸为2.0-5.0nm，负载量是催化剂总质量的0.5-10.0％。5.一种丙酮氧化催化剂的制备方法，其特征在于，用于制备丙酮氧化催化剂，所述制备方法包括：步骤1.制备金属有机骨架材料MOFs；步骤2.制备金属纳米颗粒NMPs；步骤3.将步骤1制得的金属有机骨架材料MOFs和步骤2制得的金属纳米颗粒NMPs混合，加入溶剂，室温搅拌浸渍，洗涤干燥得到丙酮氧化催化剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1a.将MOFs金属中心元素的无机金属盐和有机配体溶解于有机溶剂中，搅拌并超声后得到MOFs前驱体溶液；步骤1b.将含有金属中心元素的无机金属盐溶解于去离子水中，得到无机金属盐水溶液；步骤1c.前驱体溶液和无机金属盐水溶液充分混合，室温下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓丹，梁迎彬，李建冬，崔广志，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：