CN112206800A - 氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂及其制备方法与在四氢苯酐加氢反应中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂及其制备方法,采用直接水热碳化与煅烧进一步碳化的方法获得所需载体材料,使氮硫掺入到碳材料的骨架,以更稳定的形式存在,掺杂所产生的大量缺陷更有利于钯金属纳米粒子与载体的稳定结合,氮硫与金属之间强烈的相互作用保证了催化剂的高度稳定性,使得金属纳米颗粒在加氢反应过程中不易团聚和流失,有利于延长催化剂寿命,本发明催化剂可应用于四氢苯酐选择性加氢反应中,且能够高效地将四氢苯酐转化为六氢苯酐,催化剂活性、选择性高,可有效抑制副反应的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂及其制备方法,以及在四氢苯酐液相加氢反应中的应用。
背景技术
六氢苯酐广泛应用于增塑剂、驱虫剂、防锈的中间体,树脂改性剂和环氧树脂的固化剂。在涂料、环氧树脂固化剂、聚酯树脂、胶粘剂、增塑剂等也有广泛的应用。产品品质和市场占有率很高,应用前景广阔。其中,四氢苯酐催化加氢制备六氢苯酐是工业上常用的工艺路线,四氢苯酐包含一个容易活化的双键,酸酐较易发生缩合、氢解、交联等副反应,产生副产物如反式六氢苯酞和反式-4-环己烯-1,2-二甲酸,直接影响六氢苯酐的纯度和选择性,所以,寻找合适的催化剂极为重要。
基于以上背景,本发明提出了一种通过水热碳化、煅烧和浸渍,原位合成氮硫掺杂碳材料负载钯金属的方法,制得氮硫掺杂碳材料负载金属钯催化剂。由于掺入的氮硫原子与金属纳米粒子之间的相互作用,金属不仅得到更好地分散,并且能够稳定附着于载体表面。催化剂在四氢苯酐化合物选择性加氢制备六氢苯酐反应中,达到>99%的选择性。
发明内容
本发明目的在于提供一种氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂及其制备方法与应用。本发明催化剂的制备方法操作简便,绿色环保,钯能够均匀地锚定在氮硫掺杂碳材料的表面。本发明催化剂可应用于四氢苯酐选择性加氢反应中,且能够高效地将四氢苯酐转化为六氢苯酐,催化剂活性、选择性高,可有效抑制副反应的发生。在套用实验中,催化剂表现出良好的稳定性,可多次回收重复利用。
本发明的技术方案如下:
一种氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,按如下方法制备得到:
(1)将三聚氰胺和葡萄糖溶于去离子水中,置于密封的高压水热釜中在180~300℃下水热反应20~50h,之后降至室温(20~30℃),过滤得到初步碳化的原位掺杂碳材料,随后在惰性氛围下,升温(速率5℃/min)至400~800℃焙烧2~8h,得到原位氮掺杂碳材料;
所述三聚氰胺和葡萄糖的质量比为0.5~1.5:1;
所述去离子水的体积用量以葡萄糖的质量计为5~8mL/g;
(2)将NaHSO3、步骤(1)所得原位氮掺杂碳材料、去离子水混合,搅拌(速率300~1000r/min)12~20h,之后混合物真空干燥(110℃,8~15h),所得固体于惰性氛围下,升温(速率5℃/min)至400~800℃焙烧3~5h,冷却至室温,得到氮硫掺杂碳材料;
所述NaHSO3、原位氮掺杂碳材料、去离子水的质量比为1:5~15:40~50;
(3)采用等体积浸渍法,将钯金属化合物溶液滴加到步骤(2)所得氮硫掺杂碳材料中,搅拌均匀,超声(2~5min,使其充分浸渍),真空干燥(110℃,6~12h),得到所述氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂;
所述钯金属化合物例如为醋酸钯;
所述钯金属化合物溶液中钯的质量为氮硫掺杂碳材料质量的1~5wt%,优选1.5~3wt%。
本发明所述氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂可应用于四氢苯酐选择性加氢制备六氢苯酐的反应中;
反应评价前,先将催化剂在H2氛围下于60~190℃下还原2~3h;
原料四氢苯酐与氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂的投料质量比为100:0.1~3.0,优选100:0.2~1.5;
反应中,控制氢气压力为2.0~4.0Mpa,溶剂选自四氢呋喃或环己烷,四氢苯酐与溶剂质量比为1:5~10,反应温度40~60℃;
反应完毕后通过常规后处理即可得到目标产物,例如:反应完毕后,待温度降至室温,将反应混合物过滤,滤饼为氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,真空干燥回收即可重复使用;滤液经精馏或蒸馏即可得到目标产物。
本发明在氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂的套用实验中,可按照投料比酌情补加新鲜催化剂。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明所述氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂的制备方法,采用直接水热碳化与煅烧进一步碳化的方法,该方法可直接获得所需载体材料,使得氮硫能掺入到碳材料的骨架,以更稳定的形式存在;
(2)超声辅助法可以实现贵金属钯的高度分散;
(3)所述氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂中,掺杂所产生的大量缺陷更有利于钯金属纳米粒子与载体的稳定结合,氮硫与金属之间的强烈的相互作用保证了催化剂的高度稳定性,使得金属纳米颗粒在加氢反应过程中不易团聚和流失,有利于延长催化剂寿命;
(4)本发明所述催化剂在四氢苯酐的选择性加氢反应中,可使得四氢苯酐转化为六氢苯酐,六氢苯酐选择性可达99%以上;
(5)本发明催化剂使用条件温和、稳定性好,催化剂用量少,催化剂使用寿命长。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围不限于此。
实施例一:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比0.5:1的比例,称取5g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体材料;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:10g掺氮载体材料的比例,称取10g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例二:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体材料;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:10g掺氮载体材料的比例,称取10g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照1.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例三:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1.5:1的比例,称取15g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体材料;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:5g掺氮载体材料的比例,称取5g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照3wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例四:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比0.5:1的比例,称取5g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体材料;按照1g NaHSO3:50ml去离子水:15g掺氮载体材料的比例,称取15g氮掺杂载体材料溶于50ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照1.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例五:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:8g掺氮载体材料的比例,称取8g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例六:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1.5:1的比例,称取15g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:8g掺氮载体材料的比例,称取8g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例七:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1.5:1的比例,称取15g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:10g掺氮载体材料的比例,称取10g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例八:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1.2:1的比例,称取12g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:45ml去离子水:12g掺氮载体材料的比例,称取12g氮掺杂载体材料溶于45ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照3wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例九:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:5g掺氮载体材料的比例,称取5g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例十:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:50ml去离子水:15g掺氮载体材料的比例,称取15g氮掺杂载体材料溶于50ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照3wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
实施例十一至二十:
将制得的催化剂按照下面的方法进行催化剂活性及选择性评价;
将催化剂置于小型石英管反应器中,将石英管放置于可控温的加热炉中,反应前,通入纯H2在70℃下还原2h,还原气体流速为15mL/min。将还原后的催化剂应用于四氢苯酐的选择性加氢反应,加入原料30g,0.45g氮硫掺杂负载金属钯催化剂,以四氢呋喃或环己烷为混合溶剂,四氢苯酐和溶剂按照质量比1:5,氢气压力控制在4.0MPa,反应温度为60℃,搅拌速率为800r/min,5h后停止搅拌结束反应。待反应物料降至室温,过滤回收催化剂,采用液相色谱分析产物成分。催化剂的评价结果如表1所示。
实施例十一至二十考察了不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂在反应中的性能表现。
表1不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂的四氢苯酐性能
实施例 | 催化剂 | 苯酐转化率/% | 六氢苯酐选择性/% |
11 | 实施例一 | 97.1 | 99.3 |
12 | 实施例二 | 97.9 | 99.2 |
13 | 实施例三 | 99.5 | 95.1 |
14 | 实施例四 | 95.7 | 98.5 |
15 | 实施例五 | 98.1 | 98.3 |
16 | 实施例六 | 97.9 | 98.1 |
17 | 实施例七 | 99.3 | 99.1 |
18 | 实施例八 | 99.4 | 94.6 |
19 | 实施例九 | 95.2 | 99.2 |
20 | 实施例十 | 99.6 | 95.5 |
实施例二十一至三十:
将制得的催化剂按照下面的方法进行催化剂活性及选择性评价;
将催化剂置于小型石英管反应器中,将石英管放置于可控温的加热炉中,反应前,通入纯H2在70℃下还原2h,还原气体流速为15mL/min。将还原后的催化剂应用于四氢苯酐的选择性加氢反应,加入原料30g,0.45g氮硫掺杂负载金属钯催化剂,以四氢呋喃或环己烷为混合溶剂,四氢苯酐和溶剂按照质量比1:7,氢气压力控制在3.0MPa,反应温度为40℃,搅拌速率为800r/min,5h后停止搅拌结束反应。待反应物料降至室温,过滤回收催化剂,采用液相色谱分析产物成分。催化剂的评价结果如表2所示。
实施例二十一至三十考察了不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂在反应中的性能表现。
表2不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂的四氢苯酐性能
实施例三十一至四十:
将制得的催化剂按照下面的方法进行催化剂活性及选择性评价;
将催化剂置于小型石英管反应器中,将石英管放置于可控温的加热炉中,反应前,通入纯H2在70℃下还原2h,还原气体流速为15mL/min。将还原后的催化剂应用于四氢苯酐的选择性加氢反应,加入原料30g,0.45g氮硫掺杂负载金属钯催化剂,以四氢呋喃或环己烷为混合溶剂,四氢苯酐和溶剂按照质量比1:10,氢气压力控制在3.0MPa,反应温度为40℃,搅拌速率为800r/min,5h后停止搅拌结束反应。待反应物料降至室温,过滤回收催化剂,采用液相色谱分析产物成分。催化剂的评价结果如表3所示。
实施例二十一至三十考察了不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂在反应中的性能表现。
表3不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂的四氢苯酐性能
实施例 | 催化剂 | 苯酐转化率/% | 六氢苯酐选择性/% |
31 | 实施例一 | 98.1 | 98.6 |
32 | 实施例二 | 97.3 | 97.9 |
33 | 实施例三 | 98.9 | 96.4 |
34 | 实施例四 | 96.3 | 99.3 |
35 | 实施例五 | 97.7 | 99.4 |
36 | 实施例六 | 97.3 | 98.9 |
37 | 实施例七 | 99.2 | 98.9 |
38 | 实施例八 | 98.6 | 91.9 |
39 | 实施例九 | 96.4 | 97.9 |
40 | 实施例十 | 98.3 | 97.1 |
对比例一:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体。
按照2.5wt%的钯负载量,制备的氮掺杂载体材料平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
对比例二:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g葡萄糖、10g三聚氰胺,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g Na2SO4:40ml去离子水:8g掺氮载体材料的比例,称取8g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克Na2SO4,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
对比例三:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g葡萄糖、10g三聚氰胺,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g Na2S:40ml去离子水:8g掺氮载体材料的比例,称取8g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克Na2S,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
对比例四:
按照约尿素与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g葡萄糖、10g尿素,将尿素及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:8g掺氮载体材料的比例,称取8g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
对比例五:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比3:1的比例,称取30g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于100ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体材料;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:10g掺氮载体材料的比例,称取10g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
对比例六:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体材料;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:30g掺氮载体材料的比例,称取30g氮掺杂载体材料溶于100ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌24h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥25h,除去水分。随后,将所得将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照2wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
对比例七:
按照约三聚氰胺与葡萄糖质量比1:1的比例,称取10g三聚氰胺、10g葡萄糖,将三聚氰胺及葡萄糖溶于60ml去离子水,置于密封的高压水热釜中于180℃水热反应50h后降至室温,得到初步碳化的原位掺杂碳材料。随后,在惰性氛围下,以5℃/min的升温速率升温至600℃,高温下焙烧5h得到氮掺杂载体;按照1g NaHSO3:40ml去离子水:15g掺氮载体材料的比例,称取15g氮掺杂载体材料溶于40ml去离子水,加入1克NaHSO3,配成浆液,以700r/min的速率常温磁力搅拌12h使混合均匀。并将搅拌后的混合物于110℃下真空干燥15h,除去水分。随后,将所得将所得固体,在N2氛围下,在管式炉以5℃/min的升温速率升至600℃,高温下焙烧保持5h,待冷却至室温,收集得到氮硫掺杂碳材料;
按照0.5wt%的钯负载量,制备的氮硫掺杂载体平铺在干净的表面皿上,逐滴加入0.001g/mL的醋酸钯水溶液混合均匀,超声处理5min,使其充分浸渍,将催化剂于110℃下真空干燥7h。
将制得的催化剂按照下面的方法进行催化剂活性及选择性评价;
将催化剂置于小型石英管反应器中,将石英管放置于可控温的加热炉中,反应前,通入纯H2在70℃下还原2h,还原气体流速为15mL/min。将还原后的催化剂应用于四氢苯酐的选择性加氢反应,加入原料30g,0.45g催化剂,以四氢呋喃或环己烷为混合溶剂,四氢苯酐和溶剂按照质量比1:10,氢气压力控制在3.0MPa,反应温度为40℃,搅拌速率为800r/min,5h后停止搅拌结束反应。待反应物料降至室温,过滤回收催化剂,采用液相色谱分析产物成分。催化剂的评价结果如表4所示。
对比例八至十四考察了不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂在反应中的性能表现。
表4不同氮硫掺杂负载金属钯催化剂的四氢苯酐性能
对比例 | 催化剂 | 苯酐转化率/% | 六氢苯酐选择性/% |
8 | 对比例一 | 99.8 | 54.1 |
9 | 对比例二 | 99.2 | 62.3 |
10 | 对比例三 | 62.9 | 99.1 |
11 | 对比例四 | 89.9 | 80.3 |
12 | 对比例五 | 89.1 | 66.3 |
13 | 对比例六 | 95.3 | 76.8 |
14 | 对比例七 | 53.9 | 86.5 |
Claims (8)
1.一种氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,其特征在于,所述催化剂按如下方法制备得到:
(1)将三聚氰胺和葡萄糖溶于去离子水中,置于密封的高压水热釜中在180~300℃下水热反应20~50h,之后降至室温,过滤得到初步碳化的原位掺杂碳材料,随后在惰性氛围下,升温至400~800℃焙烧2~8h,得到原位氮掺杂碳材料;
(2)将NaHSO3、步骤(1)所得原位氮掺杂碳材料、去离子水混合,搅拌12~20h,之后混合物真空干燥,所得固体于惰性氛围下,升温至400~800℃焙烧3~5h,冷却至室温,得到氮硫掺杂碳材料;
(3)采用等体积浸渍法,将钯金属化合物溶液滴加到步骤(2)所得氮硫掺杂碳材料中,搅拌均匀,超声,真空干燥,得到所述氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂。
2.如权利要求1所述的氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,其特征在于,步骤(1)中,所述三聚氰胺和葡萄糖的质量比为0.5~1.5:1。
3.如权利要求1所述的氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,其特征在于,步骤(1)中,所述去离子水的体积用量以葡萄糖的质量计为5~8mL/g。
4.如权利要求1所述的氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,其特征在于,步骤(2)中,所述NaHSO3、原位氮掺杂碳材料、去离子水的质量比为1:5~15:40~50。
5.如权利要求1所述的氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,其特征在于,步骤(3)中,所述钯金属化合物为醋酸钯。
6.如权利要求1所述的氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,其特征在于,步骤(3)中,所述钯金属化合物溶液中钯的质量为氮硫掺杂碳材料质量的1~5wt%。
7.如权利要求1所述的氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂在四氢苯酐选择性加氢制备六氢苯酐反应中的应用。
8.如权利要求7所述的应用,其特征在于,反应前先将催化剂在H2氛围下于60~190℃下还原2~3h;原料四氢苯酐与氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂的投料质量比为100:0.1~3.0;反应中,控制氢气压力为2.0~4.0Mpa,溶剂选自四氢呋喃或环己烷,四氢苯酐与溶剂质量比为1:5~10,反应温度40~60℃;反应完毕后,待温度降至室温,将反应混合物过滤,滤饼为氮硫掺杂碳材料负载钯催化剂,真空干燥回收即可重复使用;滤液经精馏或蒸馏即可得到目标产物。
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