一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料及其制备方法和应用，该催化剂的制备方法，包括以下步骤：去除碳表面的有机杂质后干燥，然后向其中加入过氧化氢溶液回流处理，制得羟基修饰碳载体；向羟基修饰碳载体中加入挥发性溶剂，分散均匀，然后向其中滴加硝酸铂水溶液，搅拌后加热促进溶剂蒸发，得黑色固体粉末，将黑色固体粉末于H2/Ar混合气中煅烧，制得。该催化剂可有效解决现有的催化剂存在的稳定性、活性和选择性低的问题。活性和选择性低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于热催化
，具体涉及一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在研究多相催化反应中，氢溢流现象广泛存在，氢活性物种在不同催化组分之间的传递行为实现了反应物在非解离氢活性位上的加氢过程，影响催化剂催化反应的活性、选择性以及稳定性。
[0003]通常产生氢溢流情况，需要符合以下几点：1)存在金属可以吸附解离氢，让其成为氢离子或者活性氢自由基；2)存在通道及驱动力实现活性氢的物种传递，或是活性氢接收体。一般情况下，在多项催化中实现氢活性解离，是含有d带空穴金属，如铑、铂、铼、钌、钯等，其与氢离子之间存在适中的作用力，分解氢离子成为活性氢物种。若是在可被还原的金属氧化物(TiO2、ZrO2、WO3等)中存在以上这些金属，解离出的活性氢物种可能会向载体表面溢流扩散。
[0004]现有技术中，基于Ru/CeO2和Ru/Al2O3催化剂催化CO2加氢甲烷化研究发现，Ru/CeO2催化剂的溢流氢加氢现象显著。系列的原位表征实验表明，溢流氢现象能够促进CeO2载体表面形成丰富的氧空位，这些氧空位有利CO2分子的吸附活化并通过甲酸盐中间途径加氢生成甲烷。用碳纳米管负载的Cu
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Ru双金属催化剂用于丙三醇的氢解反应发现，金属Cu与Ru之间存在氢溢流现象。由于金属Ru较金属Cu具有更加优越的解离氢活性，通过催化剂制备方法控制金属Ru纳米颗粒沉积在金属Cu纳米颗粒表面时，Ru表面解离出的活性氢能够迁移到Cu表面并将吸附在Cu表面的丙三醇分子进行氢解生成丙二醇。总之，通过对氢溢流现象的应用，有效实现了控制催化反应活性、稳定性以及选择性。
[0005]但是，目前的应用于多相催化反应的催化剂的稳定性、活性和选择性均有待提高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料及其制备方法和应用，该催化剂可有效解决现有的催化剂存在的稳定性、活性和选择性低的问题。
[0007]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：
[0008]一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)去除碳表面的有机杂质后干燥，然后向其中加入过氧化氢溶液回流处理，制得羟基修饰碳载体；
[0010](2)向羟基修饰碳载体中加入挥发性溶剂，分散均匀，然后向其中滴加硝酸铂水溶液，搅拌后加热促进溶剂蒸发，得黑色固体粉末，将黑色固体粉末于H2/Ar混合气中煅烧，制得。
[0011]上述方案中，碳具有比表面积大、机械强度高、金属相容易还原等优点，同时具有良好的耐酸碱能力，在高温条件下具有稳定的结构，且制备方便；在碳载体表面引入含氧基团，增加了催化剂的表面极性，提高了氢溢出的能力，还可以增强对反应物的吸附能力，从而进一步改善反应物被溢出的氢在碳表面的氢化作用；与传统Pt/C催化剂相比，Pt/C
‑
H2O2催化剂的活性提高了2.7倍。此外，该方法制备的催化剂也使得稳定性有了大大的提高，为高效制备加氢催化剂提供了一种有效的方法。
[0012]进一步地，步骤(1)中碳材料包括炭黑、活性炭或碳纤维。
[0013]进一步地，步骤(1)中干燥温度为50
‑
70℃。
[0014]进一步地，步骤(1)中过氧化氢溶液的质量分数为20
‑
40％。
[0015]进一步地，步骤(1)中于45
‑
55℃条件下冷凝回流处理20
‑
24h。
[0016]上述方案中，经过回流处理的时间过长或过短，均会导致碳材料表面引入的含氧集团过少，影响催化效果。
[0017]进一步地，步骤(2)中羟基修饰碳载体与硝酸铂的质量比为100:0.5
‑
2。
[0018]进一步地，步骤(2)中煅烧时，以4
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6℃/min的速度升温至300
‑
400℃煅烧1
‑
3h。
[0019]上述方案中，在300
‑
400℃条件下进行煅烧，可将负载到碳载体上的金属铂离子还原成单质铂，设置升温速度，可提高还原的均匀性，提高催化效果。
[0020]一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料，采用上述方法制得。
[0021]进一步地，基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料在作为催化剂方面的应用。
[0022]进一步地，催化剂用于催化6
‑
氯喹啉加氢反应。
[0023]具体催化操作过程如下：
[0024](1)将制得的碳加氢材料均匀分散于有机溶剂中，然后向其中加入6
‑
氯喹啉；
[0025](2)于高压环境下向其中通入氢气，于60
‑
80℃搅拌条件下进行反应即可。
[0026]本专利技术所产生的有益效果为：
[0027]1、本专利技术中采用过氧化氢对碳材料进行处理，使其表面引入大量羟基官能团，该步操作简单，条件温和原材料廉价易得。将贵金铂通过浸渍的方法负载到预处理后的碳材料表面，具有操作简单的优点，且负载了贵金属的碳材料活性位点多，催化效率高，催化转化率达99％以上。
[0028]2、本申请中的催化剂在催化6
‑
氯喹啉加氢方面，选用氢气作为氢离子来源，符合绿色化学发展理念，相对于现有技术中用于6
‑
氯喹啉加氢的催化剂具有更好的活性，使6
‑
氯喹啉转化率以及6
‑
氯
‑
1,2,3,4
‑
四氢喹啉的选择性高于99％所需要的反应时间从40小时缩短为8小时，能够大大提高产率，降低生产成本。
附图说明
[0029]图1为实施例1提供的碳(a)和双氧水处理之后碳(b)的透射电镜图；
[0030]图2为实施例1提供的Pt/C和Pt/C
‑
H2O2两种催化剂的金属粒子粒径分布(a)、(b)、(d)、(e)与高分辨透射图(c)、(f)；
[0031]图3为实施例2提供的Pt/C和Pt/C
‑
H2O2两种催化剂对6
‑
氯喹啉加氢效果图(a)，两种催化剂的TOF值(b)；
[0032]图4为实施例3Pt/C和Pt/C
‑
H2O2两种催化剂循环稳定性测试。
具体实施方式
[0033]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。
[0034]本专利技术公开了一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料并应用于6
‑
氯喹啉加氢制备6
‑
氯
‑
1,2,3,4
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四氢喹啉，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氢溢流的羟基修饰碳催化加氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)去除碳表面的有机杂质后干燥，然后向其中加入过氧化氢溶液回流处理，制得羟基修饰碳载体；(2)向羟基修饰碳载体中加入挥发性溶剂，分散均匀，然后向其中滴加硝酸铂水溶液，搅拌后加热促进溶剂蒸发，得黑色固体粉末，将黑色固体粉末于H2/Ar混合气中煅烧，制得。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中干燥温度为50
‑
70℃。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中过氧化氢溶液的质量分数为20
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40％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中于45
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55℃条件下冷凝回流处理20
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24h。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中羟基修饰碳载体与硝酸铂的质量比为100:0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张赛，孙瑜，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：