一种催化剂及其制备方法和在伯醇类化合物氧化制备醛中的应用技术

本申请公开了一种催化剂及其制备方法和伯醇类化合物氧化制备醛的应用。所述催化剂包括载体和活性组分；所述载体为碳氮材料；所述活性组分包括活性金属元素，所述活性金属元素选自非贵金属元素。使用氧气为氧化剂，在非均相催化体系中实现由醇类化合物到相应醛的选择性合成，该催化过程无外来辅助催化剂的添加，且反应过程条件温和，绿色环保，具有重要的实际应用价值。实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法和在伯醇类化合物氧化制备醛中的应用


[0001]本申请涉及一种催化剂及其制备方法和在伯醇类化合物氧化制备醛中的应用，属于催化


技术介绍

[0002]醇类化合物的氧化反应是一类重要的有机化学反应，其氧化可得到一系列醛、酮、酸、酯等化学品，可广泛的应用于医药、食品和化工等领域。醇类化合物种类繁多，通常来讲在不破坏碳链的情况下，伯醇选择性氧化可得到醛，进一步氧化可得到酸或酯，而仲醇一般来讲是氧化生成酮，叔醇则较难发生氧化反应。其中，醛类作为众多氧化产物的一种，是医药、香料、染料工业中的重要原材料。许多芳香醛的衍生品是重要的精细化工原料，对于脂肪醛来说，C7以上的脂肪醛一般都具有强烈而芬芳的气味，常用于配制花香型香精，也是合成许多贵重香料的重要原料。因此，开发一种非贵金属催化剂用于选择性合成醛类化学品在精细化工领域有较大的实用意义。
[0003]寻找一类合适的催化剂用于选择性合成醛类化合物对于伯醇的氧化来说具有重要的意义。因此，越来越多的科学家从设计氧化路线的角度出发，期望实现对醇的可控性氧化。目前已知的催化氧化体系包括两类，一类是均相催化氧化，另一类则是非均相催化氧化。其中非均相催化氧化以其产物易于分离受到了极大的关注。

技术实现思路

[0004]本方法中制备合成了一种非贵金属碳基催化剂，用于实现伯醇类化合物的选择性氧化。
[0005]本方法目的在于提供一种伯醇类化合物选择性氧化制备醛类化学品的方法，采用本方法能够有效的简化催化剂复杂的合成步骤，降低催化剂的成本，避免碱性添加剂的使用，减少对环境的污染，实现温和条件下的选择性氧化。本合成方法实现温和条件下，伯醇类化合物选择性氧化制备醛类化学品，优化了合成方式；采用了非贵金属作为活性组分，降低了成本。
[0006]本申请中，催化剂的活性组分为均匀分散的纳米结构，提高了催化剂的催化性能。催化剂使用的非金属盐和碳载体强烈影响催化剂的催化性能。本专利技术提供一种成本低廉、性能优异的催化剂，将非贵金属盐与碳载体充分研磨混合，再经热解处理得到具有催化活性的催化剂。
[0007]本申请的一个方面，提供一种催化剂，所述催化剂为
[0008]所述催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分；
[0009]所述载体为氮掺杂碳材料；
[0010]所述活性组分包括活性金属元素，所述活性金属元素选自非贵金属元素。
[0011]所述活性金属元素选自过渡金属元素中的至少一种。
[0012]可选地，所述活性组分具有纳米结构；
[0013]所述活性组分包括含有非贵金属元素的单质或配位化合物；
[0014]所述非贵金属元素选自锰、铁、钴、铜、镍、锌中的至少一种。
[0015]可选地，所述非贵金属活性组分在所述非贵金属催化剂中的负载量为1～10wt％；以非贵金属活性元素的质量计。
[0016]可选的，所述非贵金属催化剂中的非贵金属元素的上限负载量为2％、4％、6％、8％、10％，下限负载量为1％、2％、4％、6％、8％，与非贵金属盐的引入量有密切的关系；
[0017]以下质量百分比浓度均以wt％表示。
[0018]可选地，所述氮掺杂碳材料选自尿素、三聚氰胺、二氰二胺、乙二胺、聚吡咯、聚苯胺和氨基酸等中的至少一种焙烧获得。
[0019]本申请的另一个方面，提供一种所述的催化剂的制备方法，采用研磨法和热解法，使金属组分形成具有纳米结构、分散均匀的金属和金属氧化物。该催化剂合成条件温和、易操作。
[0020]可选地，所述制备方法具体包括：
[0021](a)将固体状态的非贵金属盐与载体的前驱体研磨、混合，得到固体A；
[0022](b)将所述固体A在非活性气氛中，焙烧，得到所述催化剂。
[0023]作为一种具体的实施方法，所述的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0024]1)将固体状态的非贵金属盐与载体的前驱体混合，并充分搅拌研磨，得到固体A；
[0025]2)将所述固体A在非活性气氛中，在一定温度下进行热解，得到固体B即所述非贵金属碳基催化剂；
[0026]步骤1)中，首先，非贵金属盐与载体混合后，采用研磨的方式使其充分混合；
[0027]可选的，步骤b)中固体A需在非活性气氛中热解，其热解温度为400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，热解时间为2h；
[0028]可选地，非贵金属盐与载体的前驱体混合后，采用研磨的方式使其充分混合，使非贵金属尽量多的吸附在载体上。
[0029]可选地，所述非贵金属盐和载体的前驱体的质量比为1︰20～50；其中，所述非贵金属盐的质量以非贵金属盐自身计量。
[0030]可选地，所述非贵金属盐包括含有非贵金属元素的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、乙酰丙酮酸盐中的至少一种；
[0031]可选地，所述非活性气氛选自氦气、氩气、氮气中的至少一种；
[0032]可选地，所述研磨时间为30～60min；
[0033]可选地，所述研磨时间上限可独立选自40min、50min、60min；下限可独立选自30min、40min、50min；
[0034]可选地，焙烧温度为400～800℃，焙烧时间为2h～4h；焙烧升温速率为5～25℃/min。
[0035]可选地，所述焙烧温度上限可独立选自500℃、600℃、700℃、800℃，下限可独立选自400℃、500℃、600℃、700℃；
[0036]可选地，所述焙烧时间为上限可独立选自3h、4h，下限可独立选自2h、3h；
[0037]可选地，所述焙烧升温程序为，由室温25℃，以5～25℃/min的速率，升温到400～
800℃，在该温度下保持2h，即得到具有较高活性的非贵金属催化剂。
[0038]可选地，所述的非贵金属催化剂是以碳载体负载了非贵金属的前驱体热解得到的，该前驱体的具体制备过程为，取质量比为1︰50的非贵金属盐和载体，充分研磨，使过渡金属尽量多的吸附在载体上，得到固体A；
[0039]所述的前驱体A热解制备得到非贵金属催化剂的过程，其升温程序为，由室温25℃，以5～25℃/min的速率，升温到400～800℃，在该温度下保持2h，即得到具有较高活性的非贵金属催化剂。
[0040]本申请的再一个方面，提供一种催化多种醇类化合物氧化制备醛的方法，在氧化气氛的条件下，含伯醇类化合物的原料在催化剂的催化作用下，发生氧化反应得到醛，其中所述催化剂选自上述的催化剂或根据上述制备方法获得的催化剂。该方法提供了多种伯醇类化合物为原料制备对应醛类化合物的方法，催化剂高效、高选择性，可重复使用。
[0041]可选地，所述伯醇类化合物选自苯甲醇，糠醇，藜芦醇，正辛醇、正壬醇、正癸醇及5
‑
羟甲基糠醛中的至少一种。
[0042]可选地，所述含醇类化合物选自的原料包括溶剂；
[0043]可选地，所述原料中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和活性组分；所述载体为氮掺杂碳材料；所述活性组分包括活性金属元素，所述活性金属元素选自非贵金属元素。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分具有纳米结构；所述非贵金属元素选自锰、铁、钴、铜、镍、锌中的至少一种。3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述非贵金属活性组分在所述非贵金属催化剂中的负载量为1～10wt％；以非贵金属活性元素的质量计。4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述氮掺杂碳材料由尿素、三聚氰胺、二氰二胺、乙二胺、聚吡咯、聚苯胺和氨基酸中的至少一种焙烧制备。5.一种权利要求1～4任一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(a)将固体状态的非贵金属盐与载体的前驱体研磨、混合，得到固体A；(b)将所述固体A在非活性气氛中，焙烧，得到所述催化剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述非贵金属盐和载体的前驱体的质量比为1︰20～50；其中，所述非贵金属盐的质量以非贵金属盐自身计量。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述非贵金属盐包括含有非贵金属元素的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、乙酰丙酮酸盐中的至少一种；所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，张美云，马红，高进，刘鑫，张树静，彭福斌，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：