CN108660479B - 一种木质素基酚类化合物电催化加氢制取ka油及其衍生物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法。它采用H型电解槽作容器,在电解槽阴极室,将负载型复合催化剂涂覆在碳布上作为工作电极,以木质素基酚类化合物为反应底物溶解在酸性溶液中作为阴极液;阳极室采用铂片作为对电极,酸性溶液作为阳极液,在30℃‑90℃中进行电催化加氢反应0.5‑2小时,经后处理制得KA油及衍生物。本发明通过采用复合催化剂,大幅提高了催化剂寿命,其木质素基酚类化合物的转化率达到90‑99%以上,KA油及衍生物的选择性达到90‑95%以上,法拉第效率可达80‑90%,成本低,绿色环保,工艺过程简单,且负载型复合催化剂可回收利用,降低生产成本,具有较高的工业化价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机化工产品的合成方法,具体讲是涉及木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及其衍生物的方法。
背景技术
KA油(环己醇和环己酮)及其衍生物是重要的精细化学品中间体,广泛应用于尼龙(聚酰胺)66、医药、染料、香料和农药的合成与生产中。另外,由于近年开发出许多KA油及衍生物的新用途,导致市场需求量不断增加。
目前工业上普遍使用环己烷及其衍生物均相催化氧化法制备KA油及衍生物,该法存在着转化率低、选择性差、环境污染严重等问题。因此,寻找一种能最大程度提高原料转化率、醇酮选择性,且绿色环保的催化方法有重要意义。
生物质资源具有储量大、可再生、环境友好等优点,被认为是化石资源的理想替代品,其开发与利用受到了广泛的关注。木质素是木质生物质的主要成分之一,木质素热解油主要由酚类化合物构成,而催化加氢技术是将木质素基酚类化合物转化为高附加值化工产品的重要手段。木质素基酚类化合物一般以苯酚和愈创木酚等作为模型底物,目前有文献报道在非均相条件下将木质素基酚类化合物转化为KA油及衍生物的研究,然而传统液相加氢的氢耗高,且需要在高温高压下进行,而高温高压容易导致酚类化合物聚合和结焦,并引起催化剂快速失活。因此,不利于工业大规模生产。
电催化加氢技术与传统液相加氢相比,通过原位产生的化学吸附氢和底物发生反应,避免外加氢源的使用,反应条件温和,因此可有效避免聚合及结焦。由于电催化加氢易调控、清洁和经济等特点,显示出诱人的应用前景,近几年来该领域的研究引起了人们的关注。目前有相关课题组开展了Pt/C,Rh/C,和Pd/C对木质素基酚类化合物的电催化加氢反应研究(J. Catal.2016, 344, 263-272;ACS Catal. 2016, 6 (11), 7466-7470;),美国密歇根州立大学Jackson等人报道雷尼Ni催化剂对愈创木酚的电催化加氢研究,主要产物为环己醇(Green Chem. 2015, 17 (1), 601-609)。然而,整体而言,目前报道的木质素基酚类化合物的电催化加氢反应生成KA油及衍生物的研究仍存在诸多问题,如反应时间较长,产物选择性低,法拉第效率低以及催化剂寿命不长等问题。另外,贵金属析氢性能较好,而析氢反应作为电催化加氢的竞争反应,容易导致反应的电流效率下降甚至阻止木质素基酚类化合物加氢。
目前关于将贵金属与非贵金属硼化物纳米颗粒复合,并负载于碳纳米材料上用于木质素基酚类化合物的电催化加氢生成KA油及衍生物的应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前现有的KA油及衍生物合成工艺中存在的使用原料及催化剂成本较高及生产工艺复杂、环境污染严重等问题,提供一种用于木质素基酚类化合物作为原料,绿色环保、反应效率高的电催化加氢合成KA油及衍生物的方法及应用。
所述的一种木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于包括如下步骤:
由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽评价电催化加氢性能,每个电解室容积为10-100 mL,在电解槽阴极室,将负载型复合催化剂涂覆在碳布上作为工作电极,以木质素基酚类化合物为反应底物溶解在浓度为0.1-1.0 mol/L的酸性溶液中作为阴极液;阳极室采用铂片作为对电极,在浓度为0.1-1.0 mol/L的酸性溶液作为阳极液,两极中间用阳离子交换膜隔开,在30℃-90℃中进行电催化加氢反应0.5-2小时,电流控制在5-50 mA,槽电压控制在2-10V之间,反应时间反应结束后,反应液后处理制得所述KA油及衍生物;
其反应式如下所示:
,
结构式中R1为氢或甲氧基;R2为氢,甲氧基,甲基,乙烯基,羟基或醛基;R3为氢,甲基或丙基。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于负载型复合催化剂由碳载体和负载于碳载体上的两种活性组分贵金属及非贵金属硼化物组成。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于负载型复合催化剂中碳载体为活性炭、介孔碳、碳纳米管或石墨烯;贵金属为钯、铂、金或钌,非贵金属硼化物为硼化钴、硼化铁或硼化镍;贵金属的负载量以碳载体的质量计为0.5-5wt%;非贵金属硼化物的负载量以碳载体的质量计为1-10wt%。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于木质素基酚类化合物为苯酚、愈创木酚、香草醛、丁香酚、异丁香酚、2-甲氧基-4-甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚或3,5-二甲氧基-4-羟基甲苯。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于KA油及衍生物为环己酮、环己醇、4-甲基环己酮、4-甲基环己醇、4-丙基环己基酮或4-丙基环己基醇。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于电解室容积为20-40 mL;阴极液的体积用量以木质素基酚类化合物物质的量计为5-50 mmol/L,优选为10-20mmol/L;所述碳布大小为1cm*1cm-5cm*5cm,优选为2cm*2cm;所述电催化加氢反应电流为20-30mA;槽电压为3-5V;所述反应温度优选为40~60℃;反应时间优选0.5~1.5小时;反应在搅拌下进行,控制搅拌速度在500-1000转/分钟,优选600-700转/分钟。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸或磷酸,优选为高氯酸,酸性溶液浓度为0.1-1.0 mol/L,优选为0.2-0.4 mol/L。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于反应液后处理方法为:反应结束后,反应液冷却,使用有机溶剂萃取,得到有机萃取液,取有机层常压精馏,制得所述KA油及衍生物;萃取溶剂为甲苯、乙醚、氯仿或乙酸乙酯,优选乙酸乙酯。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于负载型复合催化剂的制备方法包括如下步骤:
1)按配比量,将贵金属盐及非贵金属盐溶于与200-500mL水中,配成贵金属盐及非贵金属盐溶液,将碳载体浸渍于该盐溶液中,在室温下下搅拌3-24小时,使贵金属盐及非贵金属盐溶液均匀分散在碳载体表面,称为A溶液;
2)将硼氢化钠溶解在50-100mL的水溶液中,并用氢氧化钠调节该溶液的pH控制在9-11之间,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌10-24小时,将纳米贵金属材料的前驱体还原成纳米贵金属颗粒,同时将非贵金属盐的前驱体也还原成纳米金属硼化物;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度90-150℃下回流反应3-10小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂在40-90℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在100-300W,反应温度30-200℃,抽真空条件下通入高纯气体,使高纯气体形成等离子体气氛,真空度为30-100Pa,负载型复合催化剂在该等离子气氛下进一步活化0.2-2小时,反应结束后即得产品负载型复合催化剂。
所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于:
步骤1)中的贵金属盐为贵金属氯化物或贵金属硝酸盐,优选为氯化钯、氯铂酸、氯化钌、硝酸钯、氯化金;非贵金属盐为非贵金属氯化物、非贵金属硝酸盐或非贵金属硫酸盐,优选为氯化钴、硝酸钴、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍;非贵金属盐物质的量为贵金属盐物质的量的2-3倍;
所述步骤2)过程中硼氢化钠用量为贵金属盐及非贵金属盐总物质的量的10-20倍;氢氧化钠的浓度为2-5 mol/L;
所述步骤4)中的反应温度为120-140℃,回流时间优选4-6小时,真空干燥温度优选50-60℃;
所述步骤5)中等离子体电压为150-200W;反应温度优选60-100℃;所述高纯气体为氢气、氩气或氮气;真空度为50-80 Pa;活化时间为0.3-1小时。
本发明中利用的原料木质素基酚类化合物,由农林生物质资源木质素热解分解得到,来源广泛廉价,成本较低。并且,本发明方法在水相中反应,电催化加氢反应过程条件温和,绿色无污染,原料转化率较高,KA油及衍生物选择性较好,法拉第效率高,催化剂寿命较长,十分有利于工业大规模生产;与现有的合成KA油及衍生物的方法相比,本发明具有如下效果:
1)本发明使用水作为反应溶剂,成本较低,酸性反应液可重复套用,不产生有害气体及有害废液,因此,该方法毒性较小,绿色环保,反应容易控制;
2)本发明使用的负载型催化剂为贵金属与金属硼化物复合型,相比文献中提到的贵金属催化剂,本发明使用的贵金属与非贵金属硼化物负载型复合催化剂大幅降低了贵金属的使用量,有利于降低成本;
3)本发明的负载型复合催化剂,贵金属与非贵金属硼化物协同催化,大幅提高了催化效率,该负载型复合催化剂比单独贵金属或者非金属负载催化剂稳定性更好。在重复循环使用10-20次后,纳米合金颗粒仍能保持分散性,不会发生聚集;
4)本发明的方法经过简单萃取及常压精馏即可得到目标产物KA油及衍生物,收率较高、工艺流程简单、原料易得、操作简便、环境污染小、可连续生产,十分有利于工业化生产;经气相色谱质谱联用仪分析结果表明,本发明中木质素基酚类化合物的转化率为90~99%,KA油及衍生物选择性为90~95%,法拉第效率可达80-90%。
附图说明
图1a为本发明负载型复合催化剂Pt-NiB/MC的在50nm时的透射电镜图;
图1b 为本发明负载型复合催化剂Pt-NiB/MC的在20nm时的透射电镜图;
图2 为实施例1采用 Pt-NiB/MC作为催化剂用于愈创木酚电催化加氢得到KA油反应图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围不限于此。
实施例A 负载量为0.5%铂,1%镍负载介孔碳催化剂Pt-NiB/MC的制备方法如下所述:
1)取100 g 介孔碳(MC)为碳载体,根据介孔碳载体上负载的铂元素的负载量以碳载体的质量为0.5 wt%,根据介孔碳载体上负载的镍元素的负载量以介孔碳载体的质量为1wt%,计算所需铂元素对应的氯化铂及六水合硫酸镍的理论用量,将理论用量的0.87克氯化铂及4.49克六水合硫酸镍溶于400mL水中,配成相应的铂盐和镍盐的溶液,将介孔碳浸渍于该盐溶液中,在室温下搅拌12小时,使铂盐及镍盐溶液均匀分散在介孔碳载体表面,称为A溶液;
2)将30克硼氢化钠溶解在120 mL的水溶液中,并用3 mol/L氢氧化钠调节该溶液的pH控制在10左右,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌10小时,将铂盐还原成纳米铂颗粒,同时将镍盐也还原成纳米硼化镍;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度140℃下回流反应8小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂Pt-NiB/MC在50℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂Pt-NiB/MC放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在150W,反应温度90℃,抽真空条件下通入高纯氮气,使高纯氮气形成等离子体气氛,真空度为50 Pa。产品在该等离子气氛下进一步活化0.5小时。反应结束后即得到负载型复合催化剂产品Pt-NiB/MC,其透射电镜图如图1a和图1b所示。
实施例B负载量为2%钯,4%铁负载活性炭催化剂Pd-FeB/AC的制备方法如下所述:
1)取100克活性炭(AC)为碳载体,根据活性炭碳载体上负载的钯元素的负载量以碳载体的质量为2 wt%,根据活性碳载体上负载的铁元素的负载量以活性碳载体的质量为4wt%,计算所需钯元素对应的氯化钯3.33克及硝酸铁17.28克的理论用量,将理论用量的氯化钯及硝酸铁溶于500 mL水中,配成相应的钯盐和铁盐的溶液,将活性炭浸渍于该盐溶液中,在室温下搅拌10小时,使钯盐及铁盐溶液均匀分散在活性炭载体表面,称为A溶液;
2)将50克硼氢化钠溶解在100 mL的水溶液中,并用2 mol/L氢氧化钠调节该溶液的pH控制在10左右,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌16小时,将钯盐还原成纳米钯颗粒,同时将铁盐也还原成纳米硼化铁;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度120℃下回流反应5小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂Pd-FeB/AC在60℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂Pd-FeB/AC放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在200W,反应温度120℃,抽真空条件下通入高纯氢气,使高纯氢气形成等离子体气氛,真空度为60 Pa。产品在该等离子气氛下进一步活化1小时。反应结束后即得到负载型复合催化剂产品Pd-FeB/AC。
实施例C 负载量为5%钌,10%钴负载碳纳米管催化剂Ru-CoB/CNTs的制备方法如下所述:
1)取50克碳纳米管(CNTs)为碳载体,根据碳纳米管载体上负载的钌元素的负载量以碳纳米管载体的质量为5 wt%,根据碳纳米管载体上负载的钴元素的负载量以碳纳米管载体的质量为10 wt%,计算所需钌元素对应的三氯化钌5.14克及硝酸钴24.70克的理论用量,将理论用量的氯化钌克及硝酸钴克溶于300 mL水中,配成相应的钌盐和钴盐的溶液,将碳纳米管浸渍于该盐溶液中,在室温下搅拌8小时,使钌盐及钴盐溶液均匀分散在碳纳米管载体表面,称为A溶液;
2)将90克硼氢化钠溶解在100 mL的水溶液中,并用4 mol/L氢氧化钠调节该溶液的pH控制在9左右,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌8小时,将钌盐还原成纳米钌颗粒,同时将钴盐也还原成纳米硼化钴;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度100℃下回流反应12小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂Ru-CoB/CNTs在55℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂Ru-CoB/CNTs放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在100W,反应温度130℃,抽真空条件下通入高纯氩气,使高纯氩气形成等离子体气氛,真空度为40 Pa。产品在该等离子气氛下进一步活化1小时。反应结束后即得到负载型复合催化剂产品Ru-CoB/CNTs。
实施例1:
由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽评价电催化加氢性能,每个电解室容积为30 mL。在电解槽阴极室,将实施例A制备好的8 mg负载型复合催化剂Pt-NiB/MC涂覆在碳布上(3*3 cm)作为工作电极,以15 mmol/L的愈创木酚为反应底物溶解在0.2 mol/L的高氯酸溶液中作为阴极液。在阳极室里,铂片作为对电极,0.2 mol/L的高氯酸溶液作为阳极液。两极中间用阳离子交换膜隔开。整个电解槽中的阴阳两极各放置磁子以便减小外扩散对反应体系的影响,并将电解槽整体放置在恒温水浴中以控制反应体系温度(60℃)。本电催化加氢反应电流控制在15 mA,槽电压控制在3-6V之间,反应时间1小时。反应结束后,反应液后处理制得所述KA油。如图2所示,愈创木酚的转化率为99%,KA油选择性为97%,法拉第效率达到89%。
实施例2:
由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽评价电催化加氢性能,每个电解室容积为20 mL。在电解槽阴极室,将制备好的10 mg负载型复合催化剂Pd-FeB/AC涂覆在碳布上(2*2 cm)作为工作电极,以10 mmol/L的香草醛为反应底物溶解在0.2 mol/L的盐酸溶液中作为阴极液。在阳极室里,铂片作为对电极,0.2 mol/L的盐酸溶液作为阳极液。两极中间用阳离子交换膜隔开。整个电解槽中的阴阳两极各放置磁子以便减小外扩散对反应体系的影响,并将电解槽整体放置在恒温水浴中以控制反应体系温度(50℃)。本电催化加氢反应电流控制在10 mA,槽电压控制在3-5V之间,反应时间0.8小时。反应结束后,反应液后处理制得所述KA油衍生物4-甲基环己酮和4-甲基环己醇。香草醛的转化率为96%,KA油衍生物4-甲基环己酮和4-甲基环己醇选择性为92%,法拉第效率达到85%。
实施例3:
由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽评价电催化加氢性能,每个电解室容积为50 mL。在电解槽阴极室,将制备好的15 mg负载型复合催化剂Ru-CoB/CNTs涂覆在碳布上(4*4cm)作为工作电极,以10 mmol/L的丁香酚为反应底物溶解在0.5 mol/L的硫酸溶液中作为阴极液。在阳极室里,铂片作为对电极,0.5 mol/L的硫酸溶液作为阳极液。两极中间用阳离子交换膜隔开。整个电解槽中的阴阳两极各放置磁子以便减小外扩散对反应体系的影响,并将电解槽整体放置在恒温水浴中以控制反应体系温度(40℃)。本电催化加氢反应电流控制在20 mA,槽电压控制在5-8V之间,反应时间1.5小时。反应结束后,反应液后处理制得所述KA油衍生物4-丙基环己基酮和4-丙基环己基醇。丁香酚的转化率为94%,KA油衍生物4-丙基环己基酮和4-丙基环己基醇选择性为95%,法拉第效率达到83%。
Claims (9)
1.一种木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于包括如下步骤:
由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽评价电催化加氢性能,每个电解室容积为10-100 mL,在电解槽阴极室,将负载型复合催化剂涂覆在碳布上作为工作电极,以木质素基酚类化合物为反应底物溶解在浓度为0.1-1.0 mol/L的酸性溶液中作为阴极液;阳极室采用铂片作为对电极,在浓度为0.1-1.0 mol/L的酸性溶液作为阳极液,两极中间用阳离子交换膜隔开,在30℃-90℃中进行电催化加氢反应0.5-2小时,电流控制在5-50 mA,槽电压控制在2-10V之间,反应时间反应结束后,反应液后处理制得所述KA油及衍生物;
其反应式如下所示:
,
结构式中R1为氢或甲氧基;R2为氢,甲氧基,甲基,乙烯基,羟基或醛基;R3为氢,甲基或丙基;
所述负载型复合催化剂由碳载体和负载于碳载体上的两种活性组分贵金属及非贵金属硼化物组成,具体为负载量为0.5%铂,1%镍负载介孔碳催化剂Pt-NiB/MC、负载量为2%钯,4%铁负载活性炭催化剂Pd-FeB/AC或负载量为5%钌,10%钴负载碳纳米管催化剂Ru-CoB/CNTs;
所述负载量为0.5%铂,1%镍负载介孔碳催化剂Pt-NiB/MC的制备方法如下:
1)取100 g 介孔碳为碳载体,根据介孔碳载体上负载的铂元素的负载量以碳载体的质量为0.5 wt%,根据介孔碳载体上负载的镍元素的负载量以介孔碳载体的质量为1 wt%,计算所需铂元素对应的氯化铂及六水合硫酸镍的理论用量,将理论用量的0.87克氯化铂及4.49克六水合硫酸镍溶于400mL水中,配成相应的铂盐和镍盐的溶液,将介孔碳浸渍于该盐溶液中,在室温下搅拌12小时,使铂盐及镍盐溶液均匀分散在介孔碳载体表面,称为A溶液;
2)将30克硼氢化钠溶解在120 mL的水溶液中,并用3 mol/L氢氧化钠调节该溶液的pH控制在10左右,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌10小时,将铂盐还原成纳米铂颗粒,同时将镍盐也还原成纳米硼化镍;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度140℃下回流反应8小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂Pt-NiB/MC在50℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂Pt-NiB/MC放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在150W,反应温度90℃,抽真空条件下通入高纯氮气,使高纯氮气形成等离子体气氛,真空度为50 Pa,产品在该等离子气氛下进一步活化0.5小时,反应结束后即得到负载型复合催化剂产品Pt-NiB/MC;
所述负载量为2%钯,4%铁负载活性炭催化剂Pd-FeB/AC的制备方法如下:
1)取100克活性炭为碳载体,根据活性炭碳载体上负载的钯元素的负载量以碳载体的质量为2 wt%,根据活性碳载体上负载的铁元素的负载量以活性碳载体的质量为4 wt%,计算所需钯元素对应的氯化钯3.33克及硝酸铁17.28克的理论用量,将理论用量的氯化钯及硝酸铁溶于500 mL水中,配成相应的钯盐和铁盐的溶液,将活性炭浸渍于该盐溶液中,在室温下搅拌10小时,使钯盐及铁盐溶液均匀分散在活性炭载体表面,称为A溶液;
2)将50克硼氢化钠溶解在100 mL的水溶液中,并用2 mol/L氢氧化钠调节该溶液的pH控制在10左右,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌16小时,将钯盐还原成纳米钯颗粒,同时将铁盐也还原成纳米硼化铁;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度120℃下回流反应5小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂Pd-FeB/AC在60℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂Pd-FeB/AC放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在200W,反应温度120℃,抽真空条件下通入高纯氢气,使高纯氢气形成等离子体气氛,真空度为60 Pa,产品在该等离子气氛下进一步活化1小时,反应结束后即得到负载型复合催化剂产品Pd-FeB/AC;
所述负载量为5%钌,10%钴负载碳纳米管催化剂Ru-CoB/CNTs的制备方法如下所述:
1)取50克碳纳米管为碳载体,根据碳纳米管载体上负载的钌元素的负载量以碳纳米管载体的质量为5 wt%,根据碳纳米管载体上负载的钴元素的负载量以碳纳米管载体的质量为10 wt%,计算所需钌元素对应的三氯化钌5.14克及硝酸钴24.70克的理论用量,将理论用量的氯化钌克及硝酸钴克溶于300 mL水中,配成相应的钌盐和钴盐的溶液,将碳纳米管浸渍于该盐溶液中,在室温下搅拌8小时,使钌盐及钴盐溶液均匀分散在碳纳米管载体表面,称为A溶液;
2)将90克硼氢化钠溶解在100 mL的水溶液中,并用4 mol/L氢氧化钠调节该溶液的pH控制在9左右,称为B溶液;
3)将步骤2)得到的B溶液缓慢滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌8小时,将钌盐还原成纳米钌颗粒,同时将钴盐也还原成纳米硼化钴;
4)将步骤3的溶液置于油浴中,在氮气保护下搅拌,控制温度100℃下回流反应12小时,随后冷却,过滤,得到的负载型复合催化剂Ru-CoB/CNTs在55℃温度下真空干燥;
5)将步骤4得到的负载型复合催化剂Ru-CoB/CNTs放置于等离子体反应炉中,等离子体电压控制在100W,反应温度130℃,抽真空条件下通入高纯氩气,使高纯氩气形成等离子体气氛,真空度为40 Pa,产品在该等离子气氛下进一步活化1小时,反应结束后即得到负载型复合催化剂产品Ru-CoB/CNTs。
2.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于木质素基酚类化合物为愈创木酚、香草醛、丁香酚、异丁香酚、2-甲氧基-4-甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚或3,5-二甲氧基-4-羟基甲苯。
3.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于KA油及衍生物为环己酮、环己醇、4-甲基环己酮、4-甲基环己醇、4-丙基环己基酮或4-丙基环己基醇。
4.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于电解室容积为20-40 mL;阴极液的体积用量以木质素基酚类化合物物质的量计为5-50 mmol/L;所述碳布大小为1cm*1cm-5cm*5cm;所述电催化加氢反应电流为20-30mA;槽电压为3-5V;所述反应温度为40~60℃;反应时间为0.5~1.5小时;反应在搅拌下进行,控制搅拌速度在500-1000转/分钟。
5.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸或磷酸,酸性溶液浓度为0.1-1.0 mol/L。
6.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于反应液后处理方法为:反应结束后,反应液冷却,使用有机溶剂萃取,得到有机萃取液,取有机层常压精馏,制得所述KA油及衍生物;萃取溶剂为甲苯、乙醚、氯仿或乙酸乙酯。
7.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于阴极液的体积用量以木质素基酚类化合物物质的量计为10-20mmol/L;所述碳布大小为2cm*2cm;反应在搅拌下进行,控制搅拌速度在600-700转/分钟。
8.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于酸性溶液为高氯酸,酸性溶液浓度为0.2-0.4 mol/L。
9.根据权利要求1所述的木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油及衍生物的方法,其特征在于反应液后处理方法为:反应结束后,反应液冷却,使用有机溶剂萃取,得到有机萃取液,取有机层常压精馏,制得所述KA油及衍生物;萃取溶剂为乙酸乙酯。
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