CN107349957A - 一种铜基微介孔催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铜基微介孔催化剂的制备方法,按质量百分比计算,分别称取1~5%的硝酸铜以及余量的ZSM‑5前驱体,将称取的硝酸铜加水溶解后,加入酸改性剂或碱改性剂,接着加入所述ZSM‑5前驱体,常温搅拌,过滤干燥后在400‑600℃下煅烧8‑12h获得铜含量在1~5%的Cu‑ZSM‑5催化剂,本发明采用一步法合成了具有微孔介孔结构的Cu‑ZSM‑5催化剂,该催化剂既具有传统催化剂的稳定性,又具有微孔微孔材料的特性,利用该催化剂在水、甲醇、乙醇及其混合物溶剂等绿色溶剂中和H2O2的作用下,选择性地催化氧化2,3,5‑三甲基苯酚或2,3,6‑三甲基苯酚到2,3,5‑三甲基苯醌,合成效率高,且其中的Cu‑ZSM‑5催化剂使用多次无失活和坍塌现象。
Description
技术领域
本发明涉及维生素E中间体制备技术领域,具体涉及一种铜基微介孔催化剂的制备方法。
背景技术
2,3,5-三甲基氢醌(TMHQ)是制备维生素E的重要中间体,而2,3,5-三甲基苯醌(TMBQ)是合成TMHQ的重要前体化合物。目前,合成TMBQ的方法主要有多步反应合成法和一步氧化合成法。在多步反应合成法中,最主要的合成方法是以偏三甲苯为原料,经过磺化、硝化、氧化等一系列反应后获得目标产物,该法需要使用到大量的酸并产生大量的含盐废水,环境污染大,且反应需严格控制在较低温度下以避免发生爆炸,已不能适应新形势下对环境的要求。针对多步反应合成法存在的问题,国内外学者开展了一步氧化合成TMBQ的方法研究。当前一步氧化合成法主要是以三甲基苯酚(以用2,3,6-三甲基苯酚为多)为原料,在醋酸、乙腈、离子液体等溶剂中,用金属盐等做催化剂,催化氧气(空气)或H2O2氧化原料获得三甲基苯醌,然而这些方法存在如下问题:(1)所使用的溶剂毒性大、易腐蚀设备或溶剂合成步骤多、价格高;(2)多数情况下所使用的催化剂为金属盐,分离带来很大困难。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种铜基微介孔催化剂的制备方法。
技术方案如下:一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其关键在于按以下步骤进行:按质量百分比计算,分别称取1~5%的硝酸铜以及余量的ZSM-5前驱体,将称取的硝酸铜加水溶解后,加入酸改性剂或碱改性剂,接着加入所述 ZSM-5前驱体,常温搅拌,过滤干燥后在400-600℃下煅烧8-12h获得铜含量在 1~5%的Cu-ZSM-5催化剂。
作为优选:加入碱改性剂后,调节pH值为8.0-10.0。
上述碱改性剂为氨水,调节pH为8.0。氨水中无其他金属杂质,利用其调节pH值不会影响催化剂的活性。
加入酸改性剂后,调节pH值为4.0-6.0.
上述酸改性剂为硝酸。采用硝酸调节pH值时,一般用2mol/L左右的稀硝酸即可。
加水溶解硝酸铜时,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为400:1~100:1。
上述ZSM-5前驱体的Si:Al为50:1~1:20。
上述常温搅拌时间为12-14h。
有益效果:本发明采用一步法合成了具有微孔介孔结构的Cu-ZSM-5催化剂,该催化剂既具有传统催化剂的稳定性,又具有微孔介孔材料的特性,利用该催化剂在水、甲醇、乙醇及其混合物溶剂等绿色溶剂中,在H2O2的作用下,选择性地催化氧化2,3,5-三甲基苯酚或2,3,6-三甲基苯酚到2,3,5-三甲基苯醌,合成效率高,且其中的Cu-ZSM-5催化剂使用多次无失活和坍塌现象。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取1%的硝酸铜以及余量的Si:Al为50:1的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为400:1,接着加入稀硝酸,调节 pH为4.0,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌12h,过滤干燥后在400℃下煅烧8h获得铜含量为1%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,6-三甲基苯酚和20mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.45mL的30%H2O2双氧水, 30mL的甲醇,装好冷凝管,控制反应温度为60℃,反应3h,停止反应,冷却,过滤,用HPLC分析反应滤液,具体分析步骤如下:用5‰的磷酸(A相)和甲醇(B相)为流动性,A:B为30:70;波长为265nm,分析时长为20分钟,柱温为30℃,紫外检测器,滤液中的2,3,6-三甲基苯酚的选择性76%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性97%。
实施例2,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取1%的硝酸铜以及余量的Si:Al为20:1的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为100:1,接着加入稀硝酸,调节 pH为5.0,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌13h,过滤干燥后在550℃下煅烧12h获得铜含量为1%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,6-三甲基苯酚和30mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.60mL的30%H2O2双氧水, 30mL的甲醇,装好冷凝管,控制反应温度为60℃,反应3h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,6-三甲基苯酚的选择性65%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性94%。
实施例3,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取3%的硝酸铜以及余量的Si:Al为40:100的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为200:1,接着加入氨水,调节 pH为8.0,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌14h,过滤干燥后在550℃下煅烧9h获得铜含量为3%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,5-三甲基苯酚和10mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.30mL的30%H2O2双氧水,50mL的甲醇,装好冷凝管,控制反应温度为60℃,反应6h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,5-三甲基苯酚的选择性73%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性99%。
实施例4,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取5%的硝酸铜以及余量的Si:Al为40:1的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为300:1,接着加入氨水,调节pH 为9.0,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌12h,过滤干燥后在600℃下煅烧10h获得铜含量为5%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,5-三甲基苯酚和30mg的本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.75mL的30%H2O2双氧水,30mL甲醇水混合溶剂(甲醇与水的体积比为1:1),装好冷凝管,控制反应温度为60℃,反应3h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,5-三甲基苯酚的选择性65%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性 94%。
实施例5,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取3%的硝酸铜以及余量的Si:Al为10:1的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为150:1,接着加入稀硝酸,调节 pH为6.0,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌13h,过滤干燥后在450℃下煅烧11h获得铜含量为3%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,5-三甲基苯酚和20mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.30mL的30%H2O2双氧水, 50mL的水,装好冷凝管,控制反应温度为80℃,反应6h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,5-三甲基苯酚的选择性54%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性98%。
实施例6,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取3%的硝酸铜以及余量的Si:Al为35:1的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为250:1,接着加入稀硝酸,调节 pH为5.5,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌14h,过滤干燥后在500℃下煅烧11h获得铜含量为3%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,6-三甲基苯酚和20mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.50mL的30%H2O2双氧水, 50mL的水,装好冷凝管,控制反应温度为70℃,反应6h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,6-三甲基苯酚的选择性65%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性99%。
实施例7,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取5%的硝酸铜以及余量的Si:Al为1:10的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为350:1,接着加入氨水,调节pH 为8.5,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌14h,过滤干燥后在550℃下煅烧12h获得铜含量为5%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,5-三甲基苯酚和25mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.75mL的30%H2O2双氧水, 50mL的水乙醇混合物(水醇的体积比为1:1),装好冷凝管,控制反应温度为 60℃,反应3h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,5-三甲基苯酚的选择性82%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性99%。
实施例8,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取2%的硝酸铜以及余量的Si:Al为1:20的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为170:1,接着加入氨水,调节pH 为9.5,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌12h,过滤干燥后在550℃下煅烧10h获得铜含量为2%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,6-三甲基苯酚和10mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.80mL的30%H2O2双氧水, 50mL甲醇乙醇混合物(甲醇和乙醇的体积比为1:1),装好冷凝管,控制反应温度为60℃,反应5h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,6-三甲基苯酚的选择性93%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性92%。
实施例9,制备铜基微介孔催化剂:按质量百分比分别称取3%的硝酸铜以及余量的Si:Al为30:1的ZSM-5前驱体(该前驱体为市售),将称取的硝酸铜加水溶解,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为230:1,接着加入氨水,调节pH 为10.0,然后加入称取的ZSM-5前驱体,常温下搅拌12h,过滤干燥后在600℃下煅烧12h获得铜含量为3%的Cu-ZSM-5催化剂。
制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,5-三甲基苯酚和30mg本实施例制备的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入0.50mL的30%H2O2双氧水, 30mL的甲醇,装好冷凝管,控制反应温度为30℃,反应2h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,5-三甲基苯酚的选择性61%,2,3,5-三甲基苯醌的选择性93%。
实施例10,制备2,3,5-三甲基苯醌:称取1mmol的2,3,6-三甲基苯酚和40mg 的实施例3制备的含铜量为3%的Cu-ZSM-5催化剂倒入圆底烧瓶中,加入 0.45mL的30%H2O2双氧水,50mL的水甲醇混合物(水醇的体积比为2:3),装好冷凝管,控制反应温度为70℃,反应4h,停止反应,冷却,过滤,采用与实施例1相同的方法分析反应滤液,滤液中的2,3,5-三甲基苯酚的选择性76%, 2,3,5-三甲基苯醌的选择性96%。
最后需要说明的是,上述描述仅仅为本发明的优选实施例,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下,可以做出多种类似的表示,这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于按以下步骤进行:按质量百分比计算,分别称取1~5%的硝酸铜以及余量的ZSM-5前驱体,将称取的硝酸铜加水溶解后,加入酸改性剂或碱改性剂,接着加入所述ZSM-5前驱体,常温搅拌,过滤干燥后在400-600℃下煅烧8-12h获得铜含量在1~5%的Cu-ZSM-5催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:加入碱改性剂后,调节pH值为8.0-10.0。
3.根据权利要求1或2所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:所述碱改性剂为氨水,调节pH为8.0。
4.根据权利要求1所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:加入酸改性剂后,调节pH值为4.0-6.0。
5.根据权利要求1或4所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:所述酸改性剂为硝酸。
6.根据权利要求3所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:加水溶解硝酸铜时,加入的水与ZSM-5前驱体的质量比为400:1~100:1。
7.根据权利要求1所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:所述ZSM-5前驱体的Si:Al为50:1~1:20。
8.根据权利要求1所述的一种铜基微介孔催化剂的制备方法,其特征在于:所述常温搅拌时间为12-14h。
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