CN106732549A - 一种多孔炭载复合材料催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔炭载复合材料催化剂及其制备方法与应用，所述的催化剂由载体以及负载于载体之上的活性组分和尺寸不大于10nm的碳量子点组成，所述的载体为多孔活性炭，所述的活性组分为铂、钯、铱、钌、铑中的一种或几种的组合；基于载体的质量，所述活性组分中各金属的负载量为：钯0wt％～10.0wt％、铂0wt％～10.0wt％、铱0wt％～10.0wt％、钌0wt％～10.0wt％、铑0wt％～5.0wt％，且钯、铂、铑的负载量不都为0，活性组分总负载量大于0.5％且不高于20％；基于载体的质量，所述碳量子点的负载量不高于15.0wt％。本发明还提供了所述的多孔炭载复合材料催化剂在氯代硝基苯选择性催化加氢合成氯代苯胺的反应中的应用，该催化剂表现出高转化率、高催化活性、高稳定性的特点。

Description

一种多孔炭载复合材料催化剂及其制备方法与应用
(一)技术领域
本发明涉及一种多孔炭载复合材料催化剂及其制备方法与应用，该催化剂可用于氯代硝基苯催化加氢还原反应。
(二)技术背景
氯代硝基苯还原成氯代苯胺过程是一类重要的基础有机合成反应，广泛应用于医药、农药、染料、颜料、橡胶助剂、感光材料等精细化学品合成中。目前，因催化加氢法对环境友好、产品质量稳定、工艺先进已广泛应用于氯代硝基苯的还原过程。但是，该方法会存在脱氯氢解副反应，产生有机副产物和盐酸(氯化氢溶于水)，对催化反应、产品品质以及生产设备带来严重影响。前人已经做了大量卓有成效的研究工作，比如双金属催化剂[J.Mol.Catal.A,2004,209(2)):83-87]、通过添加脱卤抑制剂(如吗啉/哌嗪或相应的N-甲基/N-乙基衍生物[US 3361819]、砜类化合物[US5126485])、调变金属组分与载体的相互作用(Pd/TiO2[Catal.Commun.,2007,8(12):1999-2006.]、Ni/TiO2[Catal.Commun.,2008,9(6):1510-1516.])、制备纳米金属胶体(PVP–Ru/Pt[J.Colloid.Interface Sci.,2000,229(2):453-461.]、Sn4+-PVP-Pd/γ-Al2O3[J.Mole.Catal.A:Chemical,2006,260(1-2):299-305])等措施。但是，现有的催化剂体系在耐酸性(副反应生成的盐酸对助剂以及部分金属氧化物载体的耐酸性能)、金属利用率、活性组分回收等方面存在一定的提升空间。
氯代硝基苯催化加氢过程中，催化剂表面活性组分金属粒子的电子特性是影响选择性的重要因素。专利ZL 200610049942.4公开了增大活性金属钯粒子尺寸，改变粒子外表面电子分布状态，可显著提高氯代硝基苯的选择性。但是金属粒子增大意味着金属利用率的下降，不利于降低贵金属催化剂使用成本。碳量子点是一类尺寸小于10nm的新型纳米材料，由于较小的尺寸，产生了量子效应，具有对特定的波长的光有吸收作用、能够接受或给出电子、高效率传输电子等特性。本专利利用量子点的尺寸效应和电子特性，调变活性金属粒子的电子分布特性，在小粒径贵金属粒子上实现高选择性氯代硝基苯催化加氢。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔炭载复合材料催化剂及其制备方法与应用，该催化剂可应用于氯代硝基苯选择性催化加氢合成氯代苯胺化合物的反应中，表现出高转化率、高催化活性、高稳定性的特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多孔炭载复合材料催化剂，所述的催化剂由载体以及负载于载体之上的活性组分和尺寸不大于10nm的碳量子点组成，所述的载体为多孔活性炭，所述的活性组分为铂、钯、铱、钌、铑中的一种或几种的组合；基于载体的质量，所述活性组分中各金属的负载量为：钯0wt％～10.0wt％、铂0wt％～10.0wt％、铱0wt％～10.0wt％、钌0wt％～10.0wt％、铑0wt％～5.0wt％，且钯、铂、铑的负载量不都为0，活性组分总负载量大于0.5％且不高于20％；基于载体的质量，所述碳量子点的负载量不高于15.0wt％。
本发明中，所述载体多孔活性炭比表面积为500～2000m2/g，微孔比表面积所占比例不低于50％，灰份不高于4％，孔容不低于0.5mL/g，材质为椰壳或果壳。
本发明还提供了一种多孔炭载复合材料催化剂的制备方法，所述的制备方法包括：
(1)称取一定量的多孔活性炭，置于酸溶液中处理以除杂扩孔，过滤洗涤至中性；
(2)将经步骤(1)处理后的活性炭与水配置成活性炭浆液，升温至40～90℃后滴入活性组分对应的金属盐溶液，搅拌3～8小时后调pH值至8～9，过滤洗涤至中性；
(3)取步骤(2)制得的产品，进行等体积浸渍碳量子点，然后真空干燥；
(4)最后将步骤(3)处理后的产品进行还原，即可得到多孔炭载复合材料催化剂。
本发明步骤(1)中，多孔活性炭除杂扩孔酸处理过程可以使用盐酸或硝酸。酸浓度为0.1～12mol/L，酸溶液的体积用量以活性炭的质量计为5～50mL/g，处理温度为30～80℃，处理时间为1～12小时。
本发明步骤(2)中，所述活性组分对应的金属盐可为硝酸钯、氯钯酸、醋酸钯、氯铂酸、硝酸铂、氯铂酸钠、氯化铑、硝酸铑、醋酸铑、二氯化铱、三氯化铱、三氯化钌、硝酸钌中的一种或几种的组合。
本发明步骤(2)中，所述活性组分浸渍过程具体为：配置活性炭浆液，其中水的体积用量以多孔活性炭质量计为3～15mL/g，充分搅匀后滴加浓度为0.1-4.0mol/L稀盐酸调至活性炭浆液pH值为0.1～3，然后升温至40～90℃，滴入相应负载量的活性组分对应的金属盐溶液，恒温搅拌3～8小时，调pH值至8～9，继续搅拌0.5～5小时，降温过滤，洗涤至滤液呈中性。
本发明步骤(3)中，所述的等体积浸渍中，用于分散碳量子点的溶剂可为水或醇，醇优选乙醇或乙二醇。浸渍温度为0～50℃，浸渍时间为12～24h。真空干燥过程中，相对真空度<-0.085MPa，干燥温度为50～150℃，干燥时间为5～10小时。
本发明中，所述的碳量子点优选按照如下方法制备：以丙氨酸和乙二醇为原料，配置成一定浓度的水溶液，采用水热合成方法制备出碳量子点溶液，经透析截留不同尺寸的碳量子点，透析时间为12～48h，然后经浓缩或冷冻干燥，即可得到不同粒径尺寸的碳量子点。
进一步，所述碳量子点的合成中，原料乙二醇和原料丙氨酸的摩尔比值为1:1～5，水溶液中丙氨酸质量浓度范围为0.01～0.2g/mL。
进一步，所述碳量子点的合成中，水热合成温度为150～250℃，时间为3～24小时。
进一步，所述碳量子点的合成中，透析过程采用透析膜，截留分子量为1000-14000。
进一步，所述碳量子点的合成中，透析后得到的含有碳量子点的水溶液，可以在50℃、相对真空度<-0.085MPa下浓缩至含水率20％左右后直接应用于后续催化剂制备过程。
进一步，所述碳量子点的合成中，透析后得到的含有碳量子点的透析液也可进行冷冻干燥得到量子点固体粉末，冷冻干燥条件为：相对真空度<-0.085MPa，温度为-10～0℃，时间10～24h。
本发明步骤(4)中，所述的还原过程是在氢氩混合气下(其中氢气体积含量为5～60％)进行，还原温度为150～250℃，还原时间为2～10小时，空速不低于30h-1。
本发明进一步提供了所述的多孔炭载复合材料催化剂在氯代硝基苯选择性催化加氢合成氯代苯胺的反应中的应用。
具体的，所述催化剂的应用方法为：
将多孔炭载复合材料催化剂、式(I)所示化合物投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气，然后升温至20～150℃，确保釜内物料呈熔融或溶液状态，充氢气至釜内压力为0.1～3.5MPa(优选0.2～2.5MPa)，开启搅拌启动反应，当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌一段时间(如30分钟)，停止搅拌降温至室温，开釜取出加氢液，加氢液经分离后处理得到式(II)所示的氯代苯胺；
进一步，与多孔炭载复合材料催化剂、式(I)所示化合物一起加入高压加氢反应釜中的还可有式(II)所示的氯代苯胺(即产物)和/或溶剂。即本发明所述的应用方法中，所述的反应可在无溶剂条件下进行、在溶剂中进行、在式(II)所示的氯代苯胺(即产物)中进行、或者在式(II)所示的氯代苯胺与溶剂以任意比例的混合物中进行。适用的溶剂为甲醇、乙醇、水、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、甲苯、乙苯、正丁烷、异丁烷、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种以上任意比例的混合溶剂。通常，式(II)所示的氯代苯胺(即产物)和/或溶剂的体积用量以反应物[式(I)所示化合物]的质量计为0.5～15mL/g，优选1～10mL/g。
进一步，式(I)所示的氯代硝基苯与多孔炭载复合材料催化剂的投料质量比为100：0.1～3.0，优选100：0.2～1.5。
进一步，所述加氢液分离后处理的方法为：加氢液过滤分离出催化剂，滤液经减压精馏后即得产物；后处理过程中，加氢液过滤得到的催化剂滤饼可返回至反应釜进行催化剂套用。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1)碳量子点是以碳为骨架结构的新型纳米材料，是一种分散的、尺寸小于10nm的类球形纳米颗粒，具有较强的电子的转移能力，调变活性组分粒子外层电子分布特性，提高抑制脱氯效果。本发明所采用的催化剂催化活性和选择性高，加氢反应速率快，脱氯抑制效果显著，氯代苯胺选择性可达100％。
2)本发明所述的催化剂活性组分粒径小，金属利用率高，在相同的负载量下即可实现更高的反应速率和收率。且碳量子点材料经过焙烧即可消除，这大大降低了贵金属回收难度，有效降低生产过程的催化剂使用成本。
3)本发明催化剂循环使用过程条件温和，稳定性好，催化剂用量低，套用次数多，寿命长。
(四)具体实施方式
下面以具体实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1500m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；活性炭的材质为椰壳。
量取5mL的乙二醇、80mL的0.1g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在150℃保持24h，之后将反应液转移到截留分子量为1000的透析袋进行透析12h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-10℃，进行冷冻干燥10h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于50mL的6mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理6h，处理温度为30℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入15mL的水混合搅拌，并滴加浓度为1mol/L的盐酸调pH到1，升温至40℃时滴入2mL的0.05g/mL(钯金属的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌5h，然后调pH到8，继续搅拌1h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的0.25g量子点的水溶液在40℃下进行等体积浸渍，浸渍时间为12h，之后在真空下110℃下干燥6h，然后在氢氩混合气(氢气含量为20％)下150℃下进行还原，空速30h-1，还原时间6h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例2
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1800m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取5mL的乙二醇、160mL的0.05g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在250℃保持3h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析12h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-10℃，进行冷冻干燥10h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于30mL的9mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理8h，处理温度为40℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入25mL的水混合搅拌，并滴加浓度为0.1mol/L的盐酸调pH到1，升温至50℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属铂的质量浓度)的氯铂酸溶液搅拌5h，然后调pH到8，继续搅拌3h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载铂的活性炭与含上述方法制得的0.25g量子点的水溶液于50℃进行等体积浸渍，浸渍时间为12h，之后在真空下100℃下干燥5h，然后在氢氩混合气(氢气含量为40％)下150℃下进行还原，空速60h-1，还原时间10h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例3
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1700m2/g，微孔比表面积所占比例为85％，灰份为3.0wt％，孔容为0.65mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取5mL的乙二醇、180mL的0.165g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在180℃保持6h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析14h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-5℃，进行冷冻干燥12h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于100mL的8mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理8h，处理温度为60℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入30mL的水混合搅拌，并滴加浓度为2mol/L的盐酸调pH到0.5，升温至60℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌5h，然后调pH到8，继续搅拌1h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的0.25g量子点的水溶液于40℃进行等体积浸渍，浸渍时间为12h，之后在真空下90℃下干燥8h，然后在氢氩混合气(氢气含量为40％)下160℃下进行还原，空速30h-1，还原时间5h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例4
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1500m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为2.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为果壳。
量取5mL的乙二醇、50mL的0.2g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在200℃保持10h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析30h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-8℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于120mL的10mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理12h，处理温度为80℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入30mL的水混合搅拌，并滴加浓度为2mol/L的盐酸调pH到1，升温至70℃时同时滴入2mL的0.05g/mL(金属铑的质量浓度)的氯化铑溶液和2mL的0.05g/mL(金属氯铂酸的质量浓度)的氯铂酸溶液搅拌6h，然后调pH到9，继续搅拌5h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载铑和铂双金属的活性炭与含上述方法制得的0.25g量子点的乙醇溶液于20℃进行等体积浸渍，浸渍时间为18h，之后在真空下60℃下干燥9h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下240℃下进行还原，空速100h-1，还原时间3h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例5
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1600m2/g，微孔比表面积所占比例为78％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取5mL的乙二醇、90mL的0.1g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在180℃保持6h，之后将反应液转移到截留分子量为3000的透析袋进行透析30h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-5℃，进行冷冻干燥20h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于80mL的12mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理11h，处理温度为50℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入35mL的水混合搅拌，并滴加浓度为3mol/L的盐酸调pH到3，升温至60℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液和3mL的0.05g/mL(金属铂的质量浓度)的氯铂酸溶液搅拌3h，然后调pH到9，继续搅拌5h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯和铂双金属的活性炭与含上述方法制的0.5g量子点的水溶液于40℃进行等体积浸渍，浸渍时间为20h，之后在真空下50℃下干燥5h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下200℃下进行还原，空速30h-1，还原时间6h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例6
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1500m2/g，微孔比表面积所占比例为78％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取5mL的乙二醇、150ml的0.2g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在250℃保持12h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析20h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-5℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于90mL的10mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理10h，处理温度为80℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入40mL的水混合搅拌，并滴加浓度为2.5mol/L的盐酸调pH到2，升温至80℃时各滴入2mL的0.05g/mL(金属钯和铱的质量浓度)的氯钯酸和三氯化铱溶液搅拌7h，然后调pH到9，继续搅拌2h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载铱和钯的活性炭与含上述方法制得的0.75g量子点的乙二醇溶液于50℃进行等体积浸渍，浸渍时间为16h，之后在真空下80℃下干燥7h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下180℃下进行还原，空速80h-1，还原时间3h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例7
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1600m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.55mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取8mL的乙二醇、90mL的0.15g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在180℃保持6h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析25h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为0℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于250mL的9mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理8h，处理温度为40℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入50mL的水混合搅拌，并滴加浓度为3mol/L的盐酸调pH到2，升温至90℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌8h，然后调pH到8，继续搅拌4h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的0.5g量子点的乙醇溶液于10℃进行等体积浸渍，浸渍时间为22h，之后在真空下60℃下干燥6h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下250℃下进行还原，空速30h-1，还原时间8h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例8
所述载体活性炭物性参数：比表面积为2000m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.6mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取5mL的乙二醇、50mL的0.2g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在150℃保持5h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析20h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-10℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于120mL的8mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理5h，处理温度为50℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入55mL的水混合搅拌，并滴加浓度为4mol/L的盐酸调pH到3，升温至80℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌8h，然后调pH到9，继续搅拌0.5h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的0.4g量子点的水溶液于50℃进行等体积浸渍，浸渍时间为24h，之后在真空下120℃下干燥10h，然后在氢氩混合气(氢气含量为50％)下180℃下进行还原，空速100h-1，还原时间3h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例9
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1700m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为2.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取2mL的乙二醇、65mL的0.05g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在150℃保持8h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析30h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-5℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于80mL的5mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理6h，处理温度为60℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入75mL的水混合搅拌，并滴加浓度为2.5mol/L的盐酸调pH到1，升温至90℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液和2mL的0.05g/mL(金属钌的质量浓度)的氯化钌溶液搅拌6h，然后调pH到8，继续搅拌4h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯和钌双金属的活性炭与含上述方法制得的0.6g量子点的水溶液于20℃进行等体积浸渍，浸渍时间为20h，之后在真空下100℃下干燥8h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下180℃下进行还原，空速60h-1，还原时间10h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例10
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1800m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取4mL的乙二醇、150mL的0.1g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在200℃保持3h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析30h；然后在50℃、相对真空度<-0.085MPa下浓缩至含水率20％左右。
然后称取5g的活性炭，置于200mL的3mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理4h，处理温度为30，然后过滤、洗涤到中性，之后加入60mL的水混合搅拌，并滴加浓度为4mol/L的盐酸调pH到0.5，升温至60℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌5h，然后调pH到9，继续搅拌4h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的3g量子点的水溶液于50℃进行等体积浸渍，浸渍时间为18h，之后在真空下110℃下干燥10h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下250℃下进行还原，空速100h-1，还原时间3h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例11
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1900m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.65mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取3mL的乙二醇、60mL的0.1g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在180℃保持15h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析30h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-5℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于70mL的2mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理3h，处理温度为40℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入65mL的水混合搅拌，并滴加浓度为2mol/L的盐酸调pH到0.1，升温至50℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌5h，然后调pH到9，继续搅拌0.5h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的0.5g量子点的乙二醇溶液于50℃进行等体积浸渍，浸渍时间为16h，之后在真空下250℃下干燥2h，然后在氢氩混合气(氢气含量为30％)下200℃下进行还原，空速60h-1，还原时间3h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
实施例12
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1900m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
量取3mL的乙二醇、25mL的0.2g/mL的丙氨酸溶液，搅拌均匀，然后转移到水热反应釜中在180℃保持20h，之后将反应液转移到截留分子量为5000的透析袋进行透析30h；然后将透析液进行冷冻干燥，相对真空度<-0.085MPa，温度为-8℃，进行冷冻干燥24h，得到量子点固体粉末。
然后称取5g的活性炭，置于180mL的0.1mol/L的盐酸溶液中进行除杂扩孔处理1h，处理温度为50℃，然后过滤、洗涤到中性，之后加入70mL的水混合搅拌，并滴加浓度为0.1mol/L的盐酸调pH到3，升温至40℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌3h，然后调pH到9，继续搅拌5h，之后过滤、洗涤到中性。
然后将上述制得的负载钯的活性炭与含上述方法制得的0.5g量子点的水溶液于50℃进行等体积浸渍，浸渍时间为18h，之后在真空下150℃下干燥10h，然后在氢氩混合气(氢气含量为60％)下180℃下进行还原，空速150h-1，还原时间8h，得到多孔炭载复合材料催化剂。
比较例1
所述载体活性炭物性参数：比表面积为1500m2/g，微孔比表面积所占比例为75％，灰份为3.0wt％，孔容为0.5mL/g；所述活性炭的材质为椰壳。
常规炭载钯加氢催化剂制备：将5g椰壳制活性炭于50mL浓度为6mol/L的盐酸溶液30℃处理6h，然后洗涤到中性之后与15mL的水混合搅拌；并滴加1mol/L盐酸调pH到1，升温后至40℃时滴入2mL的0.05g/mL(金属钯的质量浓度)的氯钯酸溶液搅拌5h，然后调pH到8，继续搅拌1h，之后洗涤到中性，之后在真空下110℃下干燥6h，然后在氢氩混合气(氢气含量为20％)下150℃下进行还原，空速30h-1，还原6h。得到单质钯负载型催化剂。
实施例13
将0.5g实施例1催化剂、50克间氯硝基苯和100mL甲醇溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为60℃、氢气压力为1.5MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为30分钟。
实施例14
将0.05g实施例2催化剂、50克间氯硝基苯和100mL乙醇溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后，控制温度为40℃、氢气压力为1.5MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为25分钟。
实施例15
将0.5g实施例5催化剂、50克间氯硝基苯、50mL甲醇和70mL乙醇溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为50℃、氢气压力为1.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为28分钟。
实施例16
将0.5g实施例7催化剂、150克间氯硝基苯、150mL正丙醇溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为40℃、氢气压力为1.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为32分钟。
实施例17
将0.5g实施例10催化剂、250克间氯硝基苯、150mL正丙醇和100mL正丁醇溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为90℃、氢气压力为0.8MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为35分钟。
实施例18
将1.0g实施例12催化剂、150克间氯硝基苯200mL间氯苯胺(约230g)投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后，升温至熔融开启搅拌，控制温度为130℃、氢气压力为2.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为32分钟。
实施例19
将0.5g实施例8催化剂、50克间氯硝基苯、200mL间氯苯胺(约230g)和50mL甲醇溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为100℃、氢气压力为2.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为32分钟。
实施例20
将1.0g实施例1催化剂、100克邻氯硝基苯投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为100℃、氢气压力为1.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为30分钟。
实施例21
将0.1g实施例1催化剂、50克间氯硝基苯、100mL间氯苯胺投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为100℃、氢气压力为2.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为32分钟。
实施例22
将0.1g实施例1催化剂、100克间氯硝基苯投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为100℃、氢气压力为1.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为38分钟。
实施例23
将0.2g实施例1催化剂、100克对氯硝基苯投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为95℃、氢气压力为1.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果为：反应转化率100％，间氯苯胺选择性100％，反应时间为33分钟。
实施例24
将0.2g实施例1催化剂、100克氯代硝基苯(具体如下表)、100mL四氢呋喃(THF)溶剂投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气后开启搅拌，控制温度为120℃、氢气压力为1.0MPa的条件下进行加氢反应。当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌30分钟，停止反应，过滤分离加氢液和催化剂滤饼，分析结果如表1所示。
表1实施例1催化剂对不同氯代硝基苯的反应结果
反应物 转化率％ 选择性％ 反应时间min
邻氯硝基苯 100％ 100％ 35
间氯硝基苯 100％ 100％ 32
对氯硝基苯 100％ 100％ 30
比较例2
实施例25～33为采用比较例1催化剂在实施例13～21相对应的反应条件下，进行的间氯硝基苯催化加氢反应的应用结果，如表2所示。
表2比较例1催化剂在实施例13～21相对应的反应条件下的应用结果
实施例 反应条件 转化率％ 选择性％ 反应时间min
实施例25 实施例13 100 98.29 190
实施例26 实施例14 100 98.36 199
实施例27 实施例15 98.36 97.26 95
实施例28 实施例16 97.25 97.25 120
实施例29 实施例17 98.25 97.14 110
实施例30 实施例18 97.69 96.58 135
实施例31 实施例19 98.62 95.85 126
实施例32 实施例20 90.21 94.47 280
实施例33 实施例21 94.52 93.15 320
实施例34
实施例14的催化剂套用实验结果。如表3所示。
表3实施例14的催化剂套用实验结果

Claims (10)

1.一种多孔炭载复合材料催化剂，所述的催化剂由载体以及负载于载体之上的活性组分和尺寸不大于10nm的碳量子点组成，所述的载体为多孔活性炭，所述的活性组分为铂、钯、铱、钌、铑中的一种或几种的组合；基于载体的质量，所述活性组分中各金属的负载量为：钯0wt％～10.0wt％、铂0wt％～10.0wt％、铱0wt％～10.0wt％、钌0wt％～10.0wt％、铑0wt％～5.0wt％，且钯、铂、铑的负载量不都为0，活性组分总负载量大于0.5％且不高于20％；基于载体的质量，所述碳量子点的负载量不高于15.0wt％。
2.如权利要求1所述的多孔炭载复合材料催化剂，其特征在于：所述载体多孔活性炭比表面积为500～2000m2/g，微孔比表面积所占比例不低于50％，灰份不高于4％，孔容不低于0.5ml/g，材质为椰壳或果壳。
3.一种如权利要求1所述的多孔炭载复合材料催化剂的制备方法，包括：
(1)称取一定量的多孔活性炭，置于酸溶液中处理以除杂扩孔，过滤洗涤至中性；
(2)将经步骤(1)处理后的活性炭与水配置成活性炭浆液，升温至40～90℃后滴入活性组分对应的金属盐溶液，搅拌3～8小时后调pH值至8～9，过滤洗涤至中性；
(3)取步骤(2)制得的产品，进行等体积浸渍碳量子点，然后真空干燥；
(4)最后将步骤(3)处理后的产品进行还原，即可得到多孔炭载复合材料催化剂。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，多孔活性炭除杂扩孔酸处理过程使用盐酸或硝酸溶液，酸溶液浓度为0.1～12mol/L，酸溶液的体积用量以活性炭的质量计为5～50mL/g，处理温度为30～80℃，处理时间为1～12小时。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)的过程具体为：配置活性炭浆液，其中水的体积用量以多孔活性炭质量计为3～15mL/g，充分搅匀后滴加浓度为0.1-4.0mol/L稀盐酸调至活性炭浆液pH值为0.1～3，然后升温至40～90℃，滴入相应负载量的活性组分对应的金属盐溶液，恒温搅拌3～8小时，调pH值至8～9，继续搅拌0.5～5小时，降温过滤，洗涤至滤液呈中性。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的等体积浸渍中，用于分散碳量子点的溶剂为水或醇，浸渍温度为0～50℃，浸渍时间为12～24h。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的碳量子点按照如下方法制备：以丙氨酸和乙二醇为原料，配置成一定浓度的水溶液，采用水热合成方法制备出碳量子点溶液，经透析截留不同尺寸的碳量子点，透析时间为12～48h，然后经浓缩或冷冻干燥，即可得到不同粒径尺寸的碳量子点。
8.如权利要求1所述的多孔炭载复合材料催化剂在氯代硝基苯选择性催化加氢合成氯代苯胺的反应中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于：所述催化剂的应用方法为：
将多孔炭载复合材料催化剂、式(I)所示化合物投入高压加氢反应釜内，密闭反应釜，用氮气置换空气，再用氢气置换氮气，然后升温至20～150℃，确保釜内物料呈熔融或溶液状态，充氢气至釜内压力为0.1～3.5MPa，开启搅拌启动反应，当釜内压力不再下降，继续恒温恒压搅拌一段时间，停止搅拌降温至室温，开釜取出加氢液，加氢液经分离后处理得到式(II)所示的氯代苯胺；
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：与多孔炭载复合材料催化剂、式(I)所示化合物一起加入高压加氢反应釜中的还有式(II)所示的氯代苯胺和/或溶剂。
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