CN109603887B - 一种镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备方法及其在催化加氢中的应用 - Google Patents

一种镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备方法及其在催化加氢中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镍掺杂的Fe3O4/g‑C3N4复合材料的制备方法及其在催化加氢中的应用，所述镍掺杂的Fe3O4/g‑C3N4复合材料可用于催化2‑甲基呋喃制备2‑甲基四氢呋喃，反应条件温和，转化率、选择性较高。

Description

一种镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备方法及其在催化加 氢中的应用
技术领域
本发明属于材料及催化领域，具体涉及一种镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备方法及其在催化加氢中的应用。
背景技术
石墨相氮化碳(g-C3N4)的结构为二维层状，在分子内部层间以N为杂原子进行共轭π键连接，在碳原子与氮原子之间由共价键进行连接，，使其在酸碱条件下保持很高的稳定性，带隙≈2.7eV，表现出良好的光催化性能。目前g-C3N4及其复合材料主要用于光催化水解制氢制氧、光催化污染物的降解、光催化有机合成等领域都有广泛的应用。先前发明人采用热解法制备了一种 SiO2/ZnO/g-C3N4纳米材料，其在光催化降解六价铬中表现出良好的催化活性(申请号：201710572468.1)，近期发明人又研究出一种对硝基苯类化合物的硝基还原具有良好选自性的镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料，为进一步研究g-C3N4复合材料催化剂，本发明提供一种前述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料在催化芳杂环催化加氢中的应用。
发明内容
本发明提供一种镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，升温至90℃后，加入碱金属氢氧化物溶液，搅拌4-5h后，自然冷却至室温，过滤，沉淀用去离子水洗涤后干燥备用；
(2)将步骤(1)得到的沉淀与硝酸镍、三聚氰胺，用研钵研磨均匀后，放入马弗炉中，升温至500℃，保温3小时后，自然冷却至室温，即得所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料。
步骤(1)中每毫摩尔硫酸亚铁使用水10mL、聚乙烯吡咯烷酮0.2mL，所述碱金属氢氧化物优选氢氧化钠、氢氧化钾，碱金属氢氧化物溶液的浓度优选 3-5mol/L，硫酸亚铁与碱金属氢氧化物的摩尔比为1:2-3。
步骤(2)中硝酸镍的摩尔用量为步骤(1)中硫酸亚铁用量的0.2倍、三聚氰胺的摩尔用量为步骤(1)中硫酸亚铁用量的3.5-4.0倍。
本发明的另一实施方案提供上述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料在催化2- 甲基呋喃制备2-甲基四氢呋喃中的应用。
本发明的另一实施方案提供一种2-甲基四氢呋喃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
向2-甲基呋喃中加入催化量的镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料，在 1.5-2.0Mpa H2条件下，反应温度55-60℃，反应时间24-36h，即得2-甲基四氢呋喃。
所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的用量优选为每克2-甲基呋喃使用 0.1-0.2克镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供一种全新的镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料及其制备方法，该材料可用于催化氢化由2-甲基呋喃制备 2-甲基四氢呋喃，反应条件温和，转化率、选择性较高。
附图说明
图1是产品A的SEM(A)与TEM(B)图。
具体实施方式
为了便于对本发明的进一步理解，下面提供的实施例对其做了更详细的说明。但是这些实施例仅供更好的理解发明而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的实施方式不限于以下内容。
实施例1
(1)将硫酸亚铁(10mmol)、聚乙烯吡咯烷酮(2mL)溶于去离子水(100mL) 中，升温至90℃后，加入NaOH溶液(5mol/L，4mL)，搅拌5h后，自然冷却至室温，过滤，沉淀用去离子水洗涤后干燥备用；
(2)将步骤(1)得到的沉淀与硝酸镍(2mmol)、三聚氰胺(35mmol)，用研钵研磨均匀后，放入马弗炉中，升温至500℃，保温3小时后，自然冷却至室温，即得所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料(以下简称产品A，图1)。
实施例2
(1)将硫酸亚铁(10mmol)、聚乙烯吡咯烷酮(2mL)溶于去离子水(100mL) 中，升温至90℃后，加入KOH溶液(3mol/L，10mL)，搅拌4h后，自然冷却至室温，过滤，沉淀用去离子水洗涤后干燥备用；
(2)将步骤(1)得到的沉淀与硝酸镍(2mmol)、三聚氰胺(40mmol)，用研钵研磨均匀后，放入马弗炉中，升温至500℃，保温3小时后，自然冷却至室温，即得所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料(以下简称产品B)。
实施例3
向2-甲基呋喃(100g)中加入催化量的产品A(20g)，在1.5Mpa H2条件下，反应温度55-60℃，反应时间36h，即得2-甲基四氢呋喃(气相色谱分析，转化率为99.90％，选择性100％，未发现副产物)。
实施例4
向2-甲基呋喃(100g)中加入催化量的产品B(10g)，在2.0Mpa H2条件下，反应温度55-60℃，反应时间24h，即得2-甲基四氢呋喃(气相色谱分析，转化率为99.72％，选择性99.90％)。
实施例5
向2-甲基呋喃(100g)中加入Pd/C(20g)，在1.5Mpa H2条件下，反应温度55-60℃，反应时间36h，气相色谱分析，2-甲基四氢呋喃转化率为22.21％。
实施例6
向2-甲基呋喃(100g)中加入Pd/C(20g)，在3.0Mpa H2条件下，反应温度100℃，反应时间36h，气相色谱分析，2-甲基四氢呋喃转化率为91.32％，选择性92.31％。
实施例7
2,4-二氯硝基苯(2.0g)溶于无水乙醇(40mL)中，加入催化量的产品A(0.2g)，在1.0Mpa H2条件下，反应温度55-60℃，反应时间8h后即得2,4-二氯苯胺(气相色谱分析，转化率为99.83％，选择性100％，未发现副产物)。

Claims (7)

1.一种镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，升温至90℃后，加入碱金属氢氧化物溶液，搅拌4-5h后，自然冷却至室温，过滤，沉淀用去离子水洗涤后干燥备用；
(2)将步骤(1)得到的沉淀与硝酸镍、三聚氰胺，用研钵研磨均匀后，放入马弗炉中，升温至500℃，保温3小时后，自然冷却至室温，即得所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料。
2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中每毫摩尔硫酸亚铁使用水10mL、聚乙烯吡咯烷酮0.2mL，所述碱金属氢氧化物优选为氢氧化钠、氢氧化钾，碱金属氢氧化物溶液的浓度优选为3-5mol/L，硫酸亚铁与碱金属氢氧化物的摩尔比为1:2-3。
3.权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中硝酸镍的摩尔用量为步骤(1)中硫酸亚铁用量的0.2倍、三聚氰胺的摩尔用量为步骤(1)中硫酸亚铁用量的3.5-4.0倍。
4.镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料在催化2-甲基呋喃制备2-甲基四氢呋喃中的应用，其特征在于所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料由权利要求1-3任一项所述的制备方法制备。
5.一种2-甲基四氢呋喃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
向2-甲基呋喃中加入催化量的镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料，在1.5-2.0Mpa H2条件下，反应温度55-60℃，反应时间24-36h，即得2-甲基四氢呋喃。
6.权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料由权利要求1-3任一项所述的制备方法制备。
7.权利要求5-6任一项所述的制备方法，其特征在于所述镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料的用量优选为每克2-甲基呋喃使用0.1-0.2克镍掺杂的Fe3O4/g-C3N4复合材料。
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