CN103240123A - 负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法 - Google Patents

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冯辉霞
高晓红
陈娜丽
吴玥
张娟
李汉峰
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Abstract

负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法,以壳聚糖与微硅粉为原料,采用NaOH固化法制备了CS/MSF复合树脂,采用吸附及离子交换方法制备负载型的M-Schiffbase-CS/MSF催化剂,并将其用于苯乙烯的分子氧催化环氧化反应,具有良好的催化性能。

Description

负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及负载型催化剂的制备技术。
背景技术
自20世纪80年代以来,环境友好、经济合理的催化环氧化方法受到学术界以及产业界的高度重视并且进行了深入研究。为解决传统方法存在的问题,绿色环保的氧化剂和新型催化剂的开发及应用成为了研究热点。氧气是既廉价易得又绿色环保的一种氧化剂,但分子氧很稳定,氧化烯烃非常困难,必须经过适当的催化作用才能与烯烃发生环氧化反应。席夫碱过渡金属配合物作为活化分子氧催化剂在催化烯烃环氧化方面取得了很好的成果,但席夫碱过渡金属配合物在均相催化反应体系中,难以回收重复利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法。
本发明是负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法,其步骤为:
(1)首先将质量比为2~10:1的壳聚糖和微硅粉混合研磨20-40min,再向其中加入醋酸水溶液,搅拌3-5h,使微硅粉分散均匀;
(2)将上述溶液逐滴加入到NaOH水溶液中,固化0.5-1h,加入戊二醛交联2-4h,进行反应;
(3)将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得载体壳-聚糖/微硅粉复合树脂;
(4)将水杨醛乙醇溶液滴加到等当量的天冬氨酸和氢氧化钾的乙醇溶液中,水杨醛与天冬氨酸的摩尔比为1:1,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到席夫碱配体;
(5)再次将复合树脂和过渡金属盐溶液,在室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得金属-壳聚糖/微硅粉复合树脂,复合树脂与过渡金属盐溶液的摩尔比为:1:1~1.5;
(6)最后将事先合成的席夫碱配体、金属-壳聚糖/微硅粉复合树脂,在乙醇溶剂中,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得负载型席夫碱金属配合物催化剂。
 本发明的有益之处是:催化剂的制备工艺简单,负载型催化剂的催化活性高,分子氧为氧源,绿色环保。
M-Schiff base-CS/MSF为金属-壳聚糖/微硅粉的英文缩写,M(metal)为金属,Schiff base为席夫碱,CS(chitosan)为壳聚糖,MSF(Microsilica or Silica fume)为微硅粉的英文缩写。
附图说明
图1是实施例1、3、4、5、6样品的红外吸收光谱图,图2为Schiff base的红外光谱曲线。
具体实施方式
本发明是负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法,其步骤为:
(1)首先将质量比为2~10:1的壳聚糖和微硅粉混合研磨20-40min,再向其中加入醋酸水溶液,搅拌3-5h,使微硅粉分散均匀;
(2)将上述溶液逐滴加入到NaOH水溶液中,固化0.5-1h,加入戊二醛交联2-4h,进行反应;
(3)将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得载体壳-聚糖/微硅粉复合树脂;
(4)将水杨醛乙醇溶液滴加到等当量的天冬氨酸和氢氧化钾的乙醇溶液中,水杨醛与天冬氨酸的摩尔比为1:1,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到席夫碱配体;
(5)再次将复合树脂和过渡金属盐溶液,在室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得金属-壳聚糖/微硅粉复合树脂,复合树脂与过渡金属盐溶液的摩尔比为:1:1~1.5;
(6)最后将事先合成的席夫碱配体、金属-壳聚糖/微硅粉复合树脂,在乙醇溶剂中,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得负载型席夫碱金属配合物催化剂。
以上所述的制备方法,使用的过渡金属盐溶液为醋酸盐溶液、硫酸盐溶液、硝酸盐溶液。
以上所述的制备方法,过渡金属盐溶液中的过渡金属为钴,或者锰,或者铁,或者铜,或者镍。
将得到的负载型M-Schiff base-CS/MSF催化剂在特制的烯烃催化环氧化试验装置中进行。该装置可以从计量器直接读取消耗的氧气量,从而计算烯烃的转化率。
下面通过8个实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
首先将0.5g壳聚糖与0.1g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入1.6ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.5mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.5g CS/MSF复合树脂和0.5g醋酸钴水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Co-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.5g和Co-CS/MSF复合树脂0.5g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Co-Schiff base-CS/MSF催化剂。当其用量在50mg时,反应温度为80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为95.33%。
实施例2
首先将0.625g壳聚糖与0.125g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入2ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.4mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.6g CS/MSF复合树脂和0.6g醋酸钴水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Co-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.6g和Co-CS/MSF复合树脂0.6g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到负载型Co-Schiff base-CS/MSF催化剂。当其用量在60mg,反应温度在80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为87.23%。
实施例3
首先将0.625g壳聚糖与0.125g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入2ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.6mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.5g CS/MSF复合树脂和0.5g醋酸锰水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Mn-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.6g和Mn-CS/MSF复合树脂0.6g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到Mn-Schiff base-CS/MSF。当其用量为50mg,反应温度在80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为86.82%。
实施例4
首先将0.625g壳聚糖与0.125g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入2ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.6mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.6g CS/MSF复合树脂和0.6g硝酸铁水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Fe-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.6g和Fe-CS/MSF复合树脂0.6g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到负载型Fe-Schiff base-CS/MSF催化剂。当其用量在50mg,反应温度在80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为46.87%。
实施例5
首先将0.5g壳聚糖与0.1g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入1.6ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.5mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.5g CS/MSF复合树脂和0.5g醋酸铜水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Cu-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.5g和Cu-CS/MSF复合树脂0.5g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到Cu-Schiff base-CS/MSF。当其用量为50mg,反应温度为80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为61.74%。
实施例6
首先将0.5g壳聚糖与0.1g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入1.6ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.5mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.5g CS/MSF复合树脂和0.5g硝酸镍水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Ni-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.5g和Ni-CS/MSF复合树脂0.5g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到Ni-Schiff base-CS/MSF。当其用量为50mg,反应温度为80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为80.36%。
实施例7
首先将0.5g壳聚糖与0.1g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入1.6ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.5mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.5g CS/MSF复合树脂和0.5g醋酸钴水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Co-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.5g和Co-CS/MSF复合树脂0.5g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到Co-Schiff base-CS/MSF,取其60mg在90℃下测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为49.69%。
实施例8
首先将0.5g壳聚糖与0.1g微硅粉混合研磨20-40min,加入一定量的醋酸溶液,搅拌4h;再将上述溶液滴入一定浓度NaOH水溶液中,固化0.5h,加入1.6ml的戊二醛交联2-4h,结束反应,将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得CS/MSF复合树脂;其次将0.5mmol水杨醛乙醇溶液滴加到当量的天冬氨酸和氢氧化钾乙醇溶液中,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到Schiff base配体;再次将0.5g CS/MSF复合树脂和0.5g醋酸钴水溶液,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得Co-CS/MSF;最后将合成的Schiff base配体0.5g和Co-CS/MSF复合树脂0.5g在乙醇溶剂中室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得到Co-Schiff base-CS/MSF。当其用量为40mg,反应温度为80℃时,测得其催化苯乙烯环氧化的转化率为59.38%。
图1为实施例1、3、4、5、6样品的红外吸收光谱。如图2所示,由负载型M-Schiff base-CS/MSF催化剂的红外光谱曲线可知, 3450 cm?1 ,987cm?1 和 1030 cm-1 分别归属于微硅粉中Si–OH 和Si–O 的伸缩振动峰,在2923及2852 cm-1 处出现了两个属于-CH2-、-CH3 的伸缩振动峰;由于在3440 cm?1处吸收峰强度较大,较宽,应为壳聚糖中-NH2 和-OH 的伸缩振动峰在此处发生叠加,综上所述,微硅粉以两种状态存在于复合树脂中,一是以氢键与壳聚糖形成树脂的网状结构,二是作为增强材料填充于该网状结构中。3445~3415cm-1的吸收峰说明存在酚羟基或游离的羟基。且1630cm-1左右为C=N键伸缩振动,但在Schiff碱金属配合物中,由于过渡金属d空轨道与C=N双键的配位作用,造成红移,向高波数方向移动,所以在CS/MSF复合树脂负载席夫碱金属配合物中C=N的吸收峰在1650cm-1处,恰好说明在载体负载后金属与C=N形成了配位键,并且在450cm-1左右间出现了新的吸收峰,可归属为M-N键及M-O键的吸收峰。因此,证实了席夫碱类金属催化剂已负载于载体上。

Claims (3)

1.负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法,其步骤为:
(1)首先将质量比为2~10:1的壳聚糖和微硅粉混合研磨20-40min,再向其中加入醋酸水溶液,搅拌3-5h,使微硅粉分散均匀;
(2)将上述溶液逐滴加入到NaOH水溶液中,固化0.5-1h,加入戊二醛交联2-4h,进行反应;
(3)将反应溶液过滤,得到的产物采用蒸馏水洗涤多次,洗至滤液呈中性,并将产物真空干燥,即得载体壳-聚糖/微硅粉复合树脂;
(4)将水杨醛乙醇溶液滴加到等当量的天冬氨酸和氢氧化钾的乙醇溶液中,水杨醛与天冬氨酸的摩尔比为1:1,滴加完后回流1h,然后边反应边蒸发至剩下少许溶剂,静置、冷却后,体系有大量的黄色沉淀析出,抽滤,用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后,真空干燥,得到席夫碱配体;
(5)再次将复合树脂和过渡金属盐溶液,在室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得金属-壳聚糖/微硅粉复合树脂,复合树脂与过渡金属盐溶液的摩尔比为:1:1~1.5;
(6)最后将事先合成的席夫碱配体、金属-壳聚糖/微硅粉复合树脂,在乙醇溶剂中,室温下搅拌24h,将其过滤,并用蒸馏水洗涤多次,将产物真空干燥,即得负载型席夫碱金属配合物催化剂。
2.根据权利要求1所述的负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于,使用的过渡金属盐溶液为醋酸盐溶液、硫酸盐溶液、硝酸盐溶液。
3.根据权利要求1所述的负载型席夫碱金属配合物催化剂的制备方法,其特征在于过渡金属盐溶液中的过渡金属为钴,或者锰,或者铁,或者铜,或者镍。
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