CN108993594A - 一种有机配体修饰的sba-15固载铂催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种有机配体修饰的sba-15固载铂催化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于催化剂的制备技术领域,具体涉及一种有机配体修饰的SBA‑15固载铂催化剂及其制备方法与应用。该方法利用有机双齿配体将铂催化剂负载在SBA‑15表面,利用SBA‑15的高比表面积和均一的孔径分布来提高铂催化剂的比表面积。其化学稳定性、热力学稳定性好,机械强度高。将该催化剂用于催化正辛烯与三乙氧基硅烷的加成反应,转化率>99%,产物选择性>95%,得到高产率的β‑加成产物,具有较高的TON和TOF值。该方法原料易得,成本低廉,所得催化剂可通过过滤或离心的方式从反应体系中分离,因此铂催化剂可循环使用。

Description

一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于催化剂的制备技术领域,具体涉及一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
有机硅是一类品种众多、性能优异的化工产品,其可用作发光材料、胶粘剂、密封材料和医药材料等,在航天航空电子电器、建筑、汽车、纺织、轻工和食品等领域有非常广泛的应用。有机硅最主要的核心骨架(无论是高分子聚合物,还是小分子有机硅单体)往往涉及Si-C键的形成,其最主要的生成方式是通过含Si-H的硅烷与不饱和烃进行硅氢加成反应得到。硅氢加成反应一般需要在催化剂作用下进行,而催化剂的制备和选用是直接影响反应产率和产物结构选择性的关键环节。自从Speier’s催化剂问世以来,铂系催化剂一直是硅氢加成催化剂的最优选择,其与随后出现的Karstedt’s催化剂是目前有机硅合成研究领域和工业生产领域中运用最广、技术最成熟的两种均相催化剂。
然而,铂是贵金属,铂系均相催化剂由于不易从产品中去除、难于循环使用,导致其使用成本过高,产物往往含有少量高氧化态铂残留而带来产品的质量问题。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足,本发明的首要目的在于提供一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂。
本发明的另一目的在于提供上述有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种上述有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂,以有机双齿配体修饰的SBA-15为载体,固载铂催化剂;
所述的有机双齿配体为N-三乙氧基硅丙基-β-羟基萘亚胺,其结构式如下:
所述的有机双齿配体通过Si-O-Si键与SBA-15的表面结合,有机双齿配体的萘环上的羟基和亚胺氮与铂催化剂形成配位键。
优选的,所述的有机双齿配体修饰的SBA-15中,SBA-15与有机双齿配体的质量比为10:1~3:1。
上述有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)SBA-15的羟基化
将SBA-15加入稀盐酸中,回流处理,过滤得到固体,洗涤至滤液为中性,干燥,得到表面羟基化的SBA-15;
(2)有机双齿配体修饰的SBA-15的制备
将表面羟基化的SBA-15加入有机溶剂Ⅰ中,均匀分散,得到SBA-15悬浮液,加入有机双齿配体,搅拌进行反应,然后过滤得到固体,洗涤,干燥,得到有机双齿配体修饰的SBA-15;
(3)有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备
将有机双齿配体修饰的SBA-15加至有机溶剂Ⅱ中,均匀分散,然后在惰性气氛中加入含铂化合物,反应,再过滤得到固体,洗涤,干燥,得到有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂。
其中,所述的有机双齿配体N-三乙氧基硅丙基-β-羟基萘亚胺的制备方法如下:将邻羟基萘甲醛溶于甲醇,再加入氨丙基三乙氧基硅烷,室温反应,然后减压蒸干溶剂,即得N-三乙氧基硅丙基-β-羟基萘亚胺。
所述的有机双齿配体具有三个乙氧基,水解后生成硅羟基Si-OH,硅羟基可与羟基化的SBA-15表面的硅羟基缩合反应生成Si-O-Si键,实现有机双齿配体对SBA-15表面的修饰。有机双齿配体的萘环上的羟基和亚胺氮可与铂形成配位键,从而实现在SBA-15上负载铂催化剂。
优选的,步骤(1)中所述的稀盐酸的浓度为1~6mol/L。
优选的,步骤(1)中所述的洗涤的洗涤剂为蒸馏水。
优选的,步骤(2)中所述的有机溶剂Ⅰ为甲苯、四氯化碳、三氯甲烷、乙醇、甲醇或四氢呋喃。
优选的,步骤(2)中所述的将表面羟基化的SBA-15加入有机溶剂Ⅰ中时,有机溶剂Ⅰ与表面羟基化的SBA-15的质量比为10:1~15:1。
优选的,步骤(2)中所述的均匀分散的方式为磁力搅拌,速度为800~1200rpm。
优选的,步骤(2)中所述的反应的温度为40~120℃,更优选为80~110℃。
优选的,步骤(2)中所述的反应的时长为3~20h,更优选为6~8h。
优选的,步骤(2)所述的洗涤的洗涤剂为乙醇,洗涤3次,每次用量15mL。
优选的,步骤(3)中所述的含铂化合物为四氯铂酸钾、Pt(COD)Cl2、氯铂酸或四氯铂酸钠。
优选的,步骤(3)中所述的有机溶剂Ⅱ为四氢呋喃、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或甲苯。
优选的,步骤(3)中所述的有机溶剂Ⅱ在使用前进行脱水处理。
优选的,步骤(3)中所述的均匀分散的方式为磁力搅拌,速度为800~1000rpm。
优选的,步骤(3)中所述的加入含铂化合物的量为有机双齿配体修饰的SBA-15的质量的8~3倍。
优选的,步骤(3)中所述的惰性气氛为氮气气氛。
优选的,步骤(3)中所述的反应的温度为40~120℃,更优选为80~110℃。
优选的,步骤(3)中所述的反应的时长为4~18h,更优选为6~12h。
优选的,步骤(3)中所述的洗涤的洗涤剂为有机溶剂Ⅱ,洗涤3次,每次用量15mL。
优选的,步骤(2)和步骤(3)中所述的干燥的方式为真空干燥,温度为40~60℃。
本发明进一步提供上述有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的应用,将所述催化剂用于催化硅氢加成反应。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
本发明利用有机双齿配体将铂催化剂负载在SBA-15表面,利用SBA-15的高比表面积和均一的孔径分布来提高铂催化剂的比表面积。其化学稳定性、热力学稳定性好,机械强度高。将该催化剂用于催化正辛烯与三乙氧基硅烷的加成反应,转化率>99%,产物选择性>95%,得到高产率的β-加成产物,具有较高的TON和TOF值。该方法原料易得,成本低廉,所得催化剂可通过过滤或离心的方式从反应体系中分离,因此铂催化剂可循环使用。
附图说明
图1为实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的SEM微观形貌图。
图2为实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的XPS能谱分析图。
图3为实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的高分辨能谱图。
图4为实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的固体紫外光谱图。
图5为实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的固体核磁分析图。
图6为实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的氮气吸解吸曲线图。
图7为实施例4中得到的在实施例1催化剂的催化下正辛烯转化率随时间变化图。
图8为实施例4中得到的在实施例3催化剂的催化下正辛烯转化率随时间变化图。
图9为实施例5中催化反应产物的核磁图谱。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数,可参照常规技术进行。
下列实施例中采用的SBA-15购自百灵威有限公司。
实施例1
本实施例提供一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂及其制备方法。
(1)将SBA-15加入6mol/L盐酸溶液中,100℃回流6h,减压抽滤,用纯水洗涤固体至滤液呈中性。在50℃真空干燥24h,得到表面羟基化的SBA-15。
(2)于250ml圆底烧瓶中,加入100mL邻羟基萘甲醛的乙醇溶液(含邻羟基萘甲醛0.36g),磁力搅拌下,缓慢加入0.43g氨丙基三乙氧基硅烷,室温反应,TLC监测反应过程。待反应完全后,旋转蒸发除去溶剂,即得有机双齿配体N-三乙氧基硅丙基-β-羟基萘亚胺。
(3)将0.35g表面羟基化的SBA-15加至100mL乙醇中,磁力搅拌,缓慢加入30mL有机双齿配体的乙醇溶液(配体的量为0.32g),80℃反应6h。反应结束后,减压过滤,乙醇洗涤固体三次,每次乙醇用量15mL,然后置于真空干燥箱中60℃干燥6h,得到有机双齿配体修饰的SBA-15,为浅灰绿色粉状固体。
(4)将0.35g有机双齿配体修饰的SBA-15加至100mL甲苯中,磁力搅拌分散均匀,然后在氮气保护下缓慢加入四氯铂酸钾的甲苯溶液5mL(含四氯铂酸钾0.12g),于110℃反应8h。反应结束后,减压抽滤,用甲苯洗涤固体三次,每次甲苯用量15mL,再置于真空干燥箱中60℃干燥10h,即得有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂。
实施例2
本实施例提供一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂及其制备方法。
本实施例实施方式与实施例1大致相同,区别在于:
(1)步骤(3)中溶剂和洗涤剂不是乙醇,而是四氢呋喃,反应温度为60℃。
(2)步骤(4)中溶剂和洗涤剂不是甲苯,而是四氢呋喃,反应温度为60℃。
实施例3
本实施例提供一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂及其制备方法。
本实施例实施方式与实施例1大致相同,区别在于:
(1)步骤(3)中的30mL有机双齿配体的乙醇溶液中配体的量为0.52g,反应时长为80℃。
(2)步骤(4)中加入的不是四氯铂酸钾的甲苯溶液,而是Pt(COD)Cl2的甲苯溶液。
将所得的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂进行SEM微观形貌分析(图1)、元素组成能谱分析(图2、图3)、固体紫外光谱分析(图4)和固体核磁分析(图5),可见有机双齿配体与铂成功地固载在SBA-15载体上。经等离子体光谱测试,证明有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂中的铂含量为8.69%。氮气吸附解吸实验证明SBA-15的孔道结构得以保持(图6)。
实施例4
本实施例提供实施例1和实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂在硅氢加成反应中的应用。
将实施例1和实施例3制备的1.56mg有机双齿配体修饰的SBA-15固载铂催化剂加入78μL正辛烯中,密封条件下在60℃下磁力搅拌30min。然后加入197μL三乙氧基硅烷,密封条件下在60℃下磁力搅拌反应,于0、0.5、1、2、4、6h时取样进行GC测试,得到反应转化率随时间的变化情况,结果如图7和图8所示,可见,在实施例1制备的催化剂催化条件下,反应6小时后正辛烯转化率可达19.5%(图7),在实施例3制备的催化剂催化条件下,反应两小时后正辛烯转化率已超过99%(图8),其TON=3623,TOF=2.0s-1
实施例5
本实施例提供实施例3制备的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂在硅氢加成反应中的应用。
将实施例3制备的2.7mg有机双齿配体修饰的SBA-15固载铂催化剂加入780μL正辛烯中,密封条件下在60℃下磁力搅拌30min。然后加入580μL三乙氧基硅烷,密封条件下在60℃下磁力搅拌反应,于2h时取样进行核磁测试。图9为核磁测试结果,可见体系中只有产物三乙氧基正辛基硅烷,转化率达99%。
将催化反应后的反应溶液离心分离,得到有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂,再将该催化剂重复用于上述正辛烯的硅氢加成反应中,重复3次,每次催化反应的转化率均为95%以上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂,其特征在于:所述催化剂以有机双齿配体修饰的SBA-15为载体,固载铂催化剂;
所述的有机双齿配体为N-三乙氧基硅丙基-β-羟基萘亚胺,其结构式如下:
所述的有机双齿配体通过Si-O-Si键与SBA-15的表面结合,有机双齿配体的萘环上的羟基和亚胺氮与铂催化剂形成配位键。
2.根据权利要求1所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂,其特征在于:所述的有机双齿配体修饰的SBA-15中,SBA-15与有机双齿配体的质量比为10:1~3:1。
3.权利要求1或2所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)SBA-15的羟基化
将SBA-15加入稀盐酸中,回流处理,过滤得到固体,洗涤至滤液为中性,干燥,得到表面羟基化的SBA-15;
(2)有机双齿配体修饰的SBA-15的制备
将表面羟基化的SBA-15加入有机溶剂Ⅰ中,均匀分散,得到SBA-15悬浮液,加入有机双齿配体,搅拌进行反应,然后过滤得到固体,洗涤,干燥,得到有机双齿配体修饰的SBA-15;
(3)有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备
将有机双齿配体修饰的SBA-15加至有机溶剂Ⅱ中,均匀分散,然后在惰性气氛中加入含铂化合物,反应,再过滤得到固体,洗涤,干燥,得到有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂。
4.根据权利要求3所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的稀盐酸的浓度为1~6mol/L;
步骤(2)中所述的有机溶剂Ⅰ为甲苯、四氯化碳、三氯甲烷、乙醇、甲醇或四氢呋喃;
步骤(3)中所述的含铂化合物为四氯铂酸钾、Pt(COD)Cl2、氯铂酸或四氯铂酸钠;
步骤(3)中所述的有机溶剂Ⅱ为四氢呋喃、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或甲苯。
5.根据权利要求3所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的将表面羟基化的SBA-15加入有机溶剂Ⅰ中时,有机溶剂Ⅰ与表面羟基化的SBA-15的质量比为10:1~15:1。
6.权利要求3所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的加入含铂化合物的量为有机双齿配体修饰的SBA-15的质量的8~3倍。
7.根据权利要求3所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于:
步骤(2)中所述的反应的条件为在40~120℃下反应3~20h;
步骤(3)中所述的反应的条件为在40~120℃下反应4~18h。
8.根据权利要求7的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于:
步骤(2)中所述的反应的条件为在80~110℃下反应6~8h;
步骤(3)中所述的反应的条件为在80~110℃下反应6~12h。
9.根据权利要求3所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的制备方法,其特征在于:
步骤(2)中所述的均匀分散的方式为磁力搅拌,速度为800~1200rpm;
步骤(3)中所述的有机溶剂Ⅱ在使用前进行脱水处理;
步骤(3)中所述的均匀分散的方式为磁力搅拌,速度为800~1000rpm;
步骤(3)中所述的惰性气氛为氮气气氛;
步骤(3)中所述的洗涤的洗涤剂为有机溶剂Ⅱ,洗涤3次,每次用量15mL;
步骤(2)和步骤(3)中所述的干燥的方式为真空干燥,温度为40~60℃。
10.权利要求1或2所述的有机配体修饰的SBA-15固载铂催化剂的应用,其特征在于:将所述催化剂用于催化硅氢加成反应。
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