单原子铁基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术具体涉及一种单原子铁基催化剂及其制备方法和在苯羟基化制苯酚反应中的应用，该催化剂通过将超累积了铁的植物经过脱水处理和烧结处理得到。本发明专利技术的制备方法操作简单、原料来源广、成本低廉、易于工业化，制得的催化剂，活性组分铁呈单分散状态，在苯羟基化制苯酚反应中具有高活性、高选择性和高稳定性的特点。的特点。

【技术实现步骤摘要】
单原子铁基催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂合成
，具体涉及一种单原子铁基催化剂及其制备方法和苯羟基化制苯酚反应中的应用。

技术介绍

[0002]苯酚是一种重要的、基本有机化工原料，可以用来生产酚醛树脂、环己醇、环氧树脂、聚砜、苯胺等化工产品及中间体。苯酚现行生产的工业方法主要是异丙苯法，即苯与丙烯烷基化成异丙苯，异丙苯再氧化成过氧异丙苯， 然后过氧异丙苯在酸性媒介下，分解成等摩尔的苯酚和丙酮。该方法是一个多步反应的工艺过程。在中间产物过氧化异丙苯的分解过程中使用了浓硫酸作为催化剂，存在着爆炸的危险性和严重的环境问题，并且生产苯酚的经济效益取决于副产物
‑
丙酮的利用效率。以经济、能源和环境的角度作为出发点，必需要开发由苯一步法直接羟基化制苯酚的新工艺。
[0003]现在人们普遍研究的苯的一步羟基化法的绿色氧化剂主要有H2O2、O2、N2O 等。其中，以H2O2为氧化剂制备苯酚唯一的产物是水，具有路线短、原子经济性高、无污染等突出优点，因此一直被认为是最有希望取代异丙苯法的一种清洁生产方法， 也一直是各国研究的重点。
[0004]过渡金属原子铁掺杂的多孔分子筛能够作为苯直接羟基化制苯酚的催化剂，显示出较好的反应转化率或者反应选择性。但是目前文献报道的铁基催化剂，活性组分的尺寸为几十至几百纳米，暴露的活性组分较少，且粒径分布较宽，不利于催化活性和选择性的进一步提高。
[0005]单原子催化是多相催化领域的新概念，其原子分散的均一活性位可使金属原子利用率达到最大，有效降低催化剂成本；既有均相催化的活性位点一致且孤立的特点，又具有多相催化剂易分离及多次循环利用的特点。现有的单原子催化剂的制备方法很多，包括浸渍法，高速球磨法，ALD，光还原法等，但是大多步骤繁琐，不易实现工业化，并且由于单原子的能量高，在制备过程中容易发生团聚，很难达到原子的单层分布。
[0006]拟南芥、豌豆、禾本科植物（小麦、玉米、番茄、荞麦、水稻、狗尾草等）具有以下的显著性能：铁的超累积性以及耐受性。该植物在地上部分（叶子和茎）中富集铁。这些植物累积铁的浓度是普通植物的100倍以上。而且，它能够在地上组织中提取并且富集铁，甚至是在铁浓度低的土壤中。除了它们对于Fe
2+
/ Fe
3+
的不寻常耐性，该超累积性植物能够提取金属并且将它们转移到地上部分，在那里它们变得富集。在可收获部分中的耐性/累积/富集的这三重性能使得它们成为合适的植物修复工具。
[0007]但是，这些植物的提取物作为催化剂的应用在之前还从未被描述过。如果能将铁累积到这些植物中，由于铁以螯合物离子形态存在于这些植物中，可以有效避免铁在后续的脱水和焙烧过程中发生团聚现象，从而实现原子的单层分布。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种单原子铁基催化剂及其制备方法和在苯羟基化制苯酚反应中的应用，该催化剂由铁超累积性植物选择性吸收Fe
2+
/ Fe
3+
，使大量的 Fe
2+
/ Fe
3+
进入植物地上部分和根部， Fe
2+
/ Fe
3+
进入植物内部富集之后，以螯合物离子形态存在，避免铁在后续的脱水和焙烧过程中发生团聚现象，从而实现原子的单层分布。该催化剂在苯羟基化制苯酚反应中具有高活性，高选择性、高稳定性的特点。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种单原子铁基催化剂的制备方法，包括如下步骤：将超累积了铁的植物经过脱水处理和烧结处理，得到单原子铁基催化剂。
[0010]优选地，单原子铁基催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：（1）筛选生长一致的铁超累积性植物幼苗，去离子水洗净放入培养箱中，在霍格兰氏营养液中培养10～20天，然后移栽到氯化钙溶液中培养1～2天，添加铁盐溶液继续培养2～7天，得到超累积了铁的植物壮苗；（2）将超累积了铁的植物壮苗在100～120℃下脱水完全（通过称重监测脱水进程，直到质量稳定），然后在700～900℃下烧结3～5h，冷却，得到单原子铁基催化剂。
[0011]优选地，步骤（1）中铁超累积性植物为拟南芥、豌豆、禾本科植物中的任意一种或几种。
[0012]优选地，禾本科植物为小麦、玉米、番茄、荞麦、水稻、狗尾草中的任意一种或几种。
[0013]优选地，步骤（1）中铁超累积性植物幼苗的生长条件为：相对湿度50～80%，光照强度5000～10000Lx，光照周期 6～12 h，25℃白天/20℃晚上，每天加1次去离子水来保持培养液的体积，每3天更换1次营养液。
[0014]优选地，步骤（1）中氯化钙溶液的浓度为200～300
µ
mol/L，pH为5～6。
[0015]优选地，步骤（1）中铁盐为铁的可溶性盐。
[0016]优选地，步骤（1）中铁盐溶液的浓度为0.1～0.5mmol/L。
[0017]优选地，步骤（2）中烧结的升温速度为1～5℃/min，烧结至700～900℃，保温1～5h。
[0018]根据上述方法制备的单原子铁基催化剂的应用，单原子铁基催化剂在苯与过氧化氢合成苯酚反应中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的催化剂，由铁超累积性植物选择性吸收Fe
2+
/ Fe
3+
，使大量的Fe
2+
/ Fe
3+
进入植物地上部分和根部，Fe
2+
/ Fe
3+
进入植物内部富集之后，以螯合物离子形态存在，避免铁在后续的脱水和焙烧过程中发生团聚现象，从而实现原子的单层分布。同时本专利技术的制备方法操作简单、原料来源广、成本低廉、易于工业化，制得的催化剂在苯羟基化制苯酚反应中具有高活性、高选择性和高稳定性的特点。
实施方式
[0020]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细地说明。
[0021]本专利技术的单原子铁基催化剂，通过以下方法制备得到：将超累积了铁的植物经过脱水处理和烧结处理，得到单原子铁基催化剂。
[0022]优选地，单原子铁基催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：（1）筛选生长一致的铁超累积性植物幼苗，去离子水洗净放入培养箱中，在霍格兰氏营养液中培养10～20天，然后移栽到氯化钙溶液中培养1～2天，添加铁盐溶液继续培养2～7天，得到超累积了铁的植物壮苗；（2）将超累积了铁的植物壮苗在100～120℃下脱水完全（通过称重监测脱水进程，直到质量稳定），然后在700～900℃下烧结3～5h，冷却，得到单原子铁基催化剂。
[0023]优选地，步骤（1）中铁超累积性植物为拟南芥、豌豆、禾本科植物中的任意一种或几种。
[0024]优选地，禾本科植物为小麦、玉米、番茄、荞麦、水稻、狗尾草中的任意一种或几种。
[0025]优选地，步骤（1）中铁超累积性植物幼苗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单原子铁基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将超累积了铁的植物经过脱水处理和烧结处理，得到单原子铁基催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：（1）筛选生长一致的铁超累积性植物幼苗，去离子水洗净放入培养箱中，在霍格兰氏营养液中培养10～20天，然后移栽到氯化钙溶液中培养1～2天，添加铁盐溶液继续培养2～7天，得到超累积了铁的植物壮苗；（2）将超累积了铁的植物壮苗在100～120℃下脱水完全，然后在700～900℃下烧结3～5h，冷却，得到单原子铁基催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述铁超累积性植物为拟南芥、豌豆、禾本科植物中的任意一种或几种，所述禾本科植物优选为小麦、玉米、番茄、荞麦、水稻、狗尾草中的任意一种或几种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述铁超累积性植物幼苗的生长条件为：相对湿度50～80%，光照强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志林，黄翟，
申请(专利权)人：北京氦舶新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：