CN114950473A - 一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法及其在苯酚加氢制备环己醇中的应用 - Google Patents

一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法及其在苯酚加氢制备环己醇中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及催化剂制备领域，公开了一种Pt/CuMgFe‑LDH催化剂的制备方法及其在苯酚加氢制备环己醇中的应用，包括如下步骤：将铜盐、镁盐和铁盐溶于水中得到混合溶液A；将Na2CO3和NaOH溶于水中得到混合溶液B；将混合溶液A、混合溶液B混合并反应，得到反应物；将反应物依次经过滤、洗涤、烘干后焙烧，得到CuMgFe‑LDH催化剂前体；将其浸入甘氨酸溶液中，采用浸渍法负载Pt，再使用活化剂进行活化，得到Pt/CuMgFe‑LDH催化剂。本发明中的催化剂获得较高的苯酚转化率和环己醇选择性，循环10次后催化能力稳定，从而大大降低了催化剂制备成本。

Description

一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法及其在苯酚加氢制备 环己醇中的应用
技术领域
本发明涉及催化剂制备领域，尤其涉及一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法及其在苯酚加氢制备环己醇中的应用。
背景技术
环已醇是重要的有机化工原料，是合成纤维尼龙6和尼龙66的单体己内酰胺和己二酸的主要原料，并且它也是增塑剂的原料之一。环己醇可用于制造增塑剂、香料、洗涤剂和乳化液稳定剂等，在医药、染料、涂料等领域应用广泛。目前制备环已醇的主要工艺有：环已烷氧化法和苯酚加氢法。其中，环已烷氧化法的生产成本相对较低，但是反应条件苛刻，产率低且分离步骤复杂。相对地，苯酚加氢法具有操作安全性高、能耗低、工艺流程短、副反应少、产物易于分离等优点，具有更广泛的应用价值。传统的苯酚加氢法主要采用Pt、Ru、Pd等贵金属催化剂，其具有高的催化活性，但成本较高；此外，很多研究用非贵金属如磷化物、碳化物等作为催化剂，这类催化剂虽然成本低廉，但是苯酚加氢活性和稳定性并不理想。
公开号为CN1847206A的中国发明专利公开了一种环己酮和环己醇的合成方法，以苯酚为原料，在雷尼镍催化剂作用下，一步反应合成环己醇和环己酮。该方法的反应温度为220℃，反应压力为3.5MPa，苯酚的转化率为50％～90％，环己醇和环己酮的选择性接近100％，虽然使用非贵金属雷尼镍催化剂能够显著降低催化剂的成本和消耗，但是催化剂稳定性较差，实际上苯酚转化率仍处于较低水平。
因此，有必要开发一种催化活性高、稳定性高、成本低的催化剂用于苯酚加氢制备环己醇。水滑石类化合物是一类典型的阴离子型层状材料，又称为层状双羟基复合金属氢氧化物。由于水滑石独特的可变的层状结构及层间的阴离子可被各种功能阴离子基团交换、取代，使层状结构和组成发生相应的变化。其层状结构还可负载贵金属活性粒子，较大的比表面提供了非常多的暴露的活性位，能够在降低负载量的同时，具有高的催化活性，因而在催化领域具有很好的应用前景。
发明内容
为了解决苯酚加氢法中催化剂具有的催化活性低、成本较高等问题，本发明提供了一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法及其在苯酚加氢制备环己醇中的应用，以Pt负载的水滑石作为苯酚加氢制备环己醇中的催化剂，通过优化金属活性组分配合以及层间阴离子效应，贵金属Pt具有较低负载量的同时，具有较高的苯酚转化率和环己醇选择性。
本发明的具体技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铜盐、镁盐和铁盐溶于水中得到混合溶液A；将Na2CO3和NaOH溶于水中得到混合溶液B；将混合溶液A、混合溶液B混合并反应，得到反应物；
(2)将反应物依次经过滤、洗涤、烘干后焙烧，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体浸入甘氨酸溶液中，之后依次经过滤、洗涤、烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将CuMgFe-LDH催化剂采用浸渍法负载Pt，再使用活化剂进行活化，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
本发明中的Pt/CuMgFe-LDH催化剂是以CuMgFe-LDH水滑石作为载体，并负载单贵金属Pt进行制备得到的，不需要额外浸渍助催化剂，大幅度减少贵金属的用量，制备工艺简便且获得较好的催化效果，循环10次后催化能力稳定，从而大大降低了催化剂制备成本。水滑石中的金属阳离子与Pt间的金属活性组分协同催化效果优异，有利于提高苯酚转化率和环己醇的选择性。另外，利用水滑石的“记忆效应”，将焙烧后的水滑石置于甘氨酸溶液中并搅拌，得到甘氨酸插层水滑石，进而扩大水滑石层板间距离。层间距的扩大有利于暴露更多的活性位点，再用浸渍法负载贵金属活性成分，使活性组分在载体上的分布更加均匀，保持高催化活性的同时，有效降低贵金属使用量。活性剂可以在不破坏催化剂结构的情况下还原活性中心，还可以在适当范围内扩大催化剂的比表面积且防止催化剂堆积。
甘氨酸在水滑石阴离子插层反应中形成的层间距离不会过大或过小，刚好有利于金属活性组分的负载和反应物的进入，且其与富含氢键网络的苯酚间亲和性更好，能够促使发生一步法氢化得到环己醇，而非生成环己酮。同时，甘氨酸具有端羧基和端氨基，同时具有酸性和碱性官能团，可调控水滑石的酸碱活性中心分布，更有助于提高苯酚加氢制备环己醇中的催化活性，催化选择性也更高。
作为优选，步骤(1)中，所述铜盐、镁盐和铁盐均为硝酸盐；所述混合溶液A中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2～4:1:1。
作为优选，步骤(1)中，所述混合溶液B中，NaOH和Na2CO3的摩尔数按以下公式计算：n(NaOH)＝1.8*(X2++X3+)，n(Na2CO3)＝2*(X3+)，X2+代表混合溶液A中二价金属阳离子的摩尔数，X3+代表混合溶液A中三价金属阳离子的摩尔数。
作为优选，步骤(1)中，反应时间为5～7h，反应温度为50～70℃。
作为优选，步骤(2)中，所述烘干的温度为70～90℃，时间为11～13h；所述焙烧的温度为300～450℃，时间为3～5h。
作为优选，步骤(3)中，所述甘氨酸溶液的浓度为0.03～0.06mol/L；所述浸入时间为23～25h。
甘氨酸溶液的浓度会影响水滑石插层反应的效果，并且其反应后形成的水滑石中阴离子分布与催化活性、选择性等紧密相关。
作为优选，步骤(4)中，所述浸渍法为：将H2PtCl6加入水中，配置得到负载所需质量分数的Pt，再加入CuMgFe-LDH催化剂超声震荡，然后依次经离心、洗涤、烘干；所述活化剂为KBH4溶液、NaBH4溶液或抗坏血酸。
第二方面，本发明还提供了上述制备方法制备所得Pt/CuMgFe-LDH催化剂用于苯酚加氢制备环己醇的应用。
作为优选，所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂与苯酚的质量比为1：3～5；所述苯酚加氢制备环己醇的反应温度为80～130℃，反应压力为0.5～2MPa。
本发明制备的Pt/CuMgFe-LDH催化剂进行催化反应时，其反应温度需要在限定范围内才能获得较好的效果，温度过高或过低，苯酚转化率和环己醇选择性均有所降低。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
(1)以CuMgFe-LDH水滑石作为载体，并负载单贵金属Pt进行制备得到催化剂，不需要额外浸渍助催化剂，大幅度减少贵金属的用量，且获得较好的催化效果，循环10次后催化能力稳定，从而大大降低了催化剂制备成本；
(2)使用甘氨酸插层水滑石，扩大水滑石层板间距离，有利于暴露更多的活性位点，使活性组分在载体上的分布更加均匀，保持高催化活性的同时，有效降低贵金属使用量；并且能够调控水滑石的酸碱活性中心分布，促使发生一步法氢化得到环己醇，更有助于提高催化活性，催化选择性也更高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1(0.2％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.2％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至80℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
实施例2(0.2％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取7.245g Cu(NO3)2·3H2O、2.56gMg(NO3)2·6H2O、4.04gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为3:1:1；分别称取3.6g NaOH和2.12g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为60℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应6h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在80℃下烘干12h，再在400℃的温度下焙烧4h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡24h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.2％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和1.5g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至90℃，控制氢气压力稳定在1.5MPa，反应4h。
实施例3(0.2％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、2.56gMg(NO3)2·6H2O、4.04gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为4:1:1；分别称取4.32g NaOH和2.12g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为70℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应7h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在90℃下烘干13h，再在450℃的温度下焙烧5h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡25h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.2％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至80℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
实施例4(0.2％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.2％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2.5g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至100℃，控制氢气压力稳定在1MPa，反应4h。
实施例5(0.3％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.3％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至80℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
实施例6(0.4％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.4％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至80℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
实施例7(0.5％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.5％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至80℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
实施例8(0.6％Pt/CuMgFe-LDH)
1.Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.6％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.应用
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至80℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
对比例1
与实施例6的区别在于：催化剂使用贵金属Pd负载。
Pd/CuMgFe-LDH催化剂的制备步骤如下：
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将PdCl2加入5ml水中，配置Pd质量分数为0.4％的PdCl2溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pd/CuMgFe-LDH催化剂。
对比例2
与实施例6的区别在于：使用CuMgAl-LDH水滑石载体。
Pt/CuMgAl-LDH催化剂的制备步骤如下：
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、7.5gAl(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgAl-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgAl-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgAl-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.4％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgAl-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgAl-LDH催化剂。
对比例3
与实施例6的区别在于：使用CuZnFe-LDH水滑石载体。
Pt/CuZnFe-LDH催化剂的制备步骤如下：
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.94g Zn(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuZnFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuZnFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的甘氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuZnFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.4％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuZnFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuZnFe-LDH催化剂。
对比例4
与实施例6的区别在于：催化剂制备中不使用甘氨酸插层。
Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备步骤如下：
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(3)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.4％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
对比例5
与实施例6的区别在于：催化剂制备中使用0.10mol/L甘氨酸插层，浸入时间30h。
Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备步骤如下：
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.10mol/L的甘氨酸溶液中浸泡30h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.4％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
对比例6
与实施例6的区别在于：催化剂制备中使用苯丙氨酸插层。
Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备步骤如下：
(1)分别称取9.66g Cu(NO3)2·3H2O、5.12gMg(NO3)2·6H2O、8.08gFe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液A，其中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2:1:1；分别称取5.76g NaOH和4.24g Na2CO3溶于去离子水中至溶液为100mL，得到混合溶液B；在500mL圆底烧瓶中预先加入60mL的去离子水，控制反应温度为50℃，在搅拌条件下加入混合溶液A和混合溶液B，整个过程始终保持混合液的pH＝10～11，晶化成型反应5h，得到反应物；
(2)将反应物经过滤后取出，用清水洗涤至中性，之后在70℃下烘干11h，再在300℃的温度下焙烧3h，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
(3)将CuMgFe-LDH催化剂前体置于0.05mol/L的苯丙氨酸溶液中浸泡23h后过滤，经过滤后的沉淀物加入去离子水洗涤、离心分离，然后在60℃的烘箱中烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
(4)将H2PtCl6加入5ml水中，配置Pt质量分数为0.4％的H2PtCl6溶液，再加入1gCuMgFe-LDH催化剂搅拌，超声震荡15min后过夜；待颜色澄清后，离心洗净烘干，烘干后称取1g所得物，加入配制好的50mL 0.05mol/L KBH4溶液，活化反应3h，再次离心洗净烘干后，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
对比例7
与实施例6的区别在于：Pt/CuMgFe-LDH催化剂在苯酚加氢制备环己醇反应中，反应温度为150℃。
取0.5g的Pt/CuMgFe-LDH催化剂和2g苯酚加入反应釜中，通入四次氮气以去除空气，再用氢气置换三遍，设置搅拌速率为600r/min，将反应器温度升至150℃，控制氢气压力稳定在2MPa，反应4h。
表1催化剂在苯酚加氢制备环己醇中的催化效果
Figure BDA0003603211490000121
Figure BDA0003603211490000131
表2实施例6中Pt/CuMgFe-LDH催化剂循环使用10次的催化效果
循环次数/次 苯酚转化率/％ 环己醇的选择性/％
1 99.36 94.27
2 99.25 94.14
3 99.24 93.72
4 99.24 93.63
5 99.22 92.68
6 99.20 92.56
7 99.19 92.43
8 99.19 92.35
9 99.18 92.26
10 99.16 92.21
由表1和表2所示，本发明制备得到的Pt/CuMgFe-LDH催化剂，不需要额外浸渍助催化剂，大幅度减少贵金属的用量，且获得较好的催化效果，循环10次后催化能力稳定，从而大大降低了催化剂制备成本。由实施例6和对比例1-3可知，本发明中水滑石载体的金属阳离子与贵金属Pt间的协同催化效果优异，具有较高的苯酚转化率和环己醇的选择性。由实施例6和对比例4、对比例6可知，使用甘氨酸插层水滑石，更有助于提高催化活性，催化选择性也更高；相对于苯丙氨酸，甘氨酸在水滑石阴离子插层反应中形成的层间距离更为适宜，且其与富含氢键网络的苯酚间亲和性更好，能够促使发生一步法氢化得到环己醇，催化选择性也更高。由实施例6和对比例5可知，甘氨酸溶液的浓度会影响插层的效果，其浓度越高且催化剂浸入时间越长，插层阴离子越密集，此时的酸碱活性中心分布会较不利于苯酚加氢制备环己醇的催化活性，环己醇选择性也会降低。由实施例6和对比例7可知，以本发明制备的Pt/CuMgFe-LDH催化剂进行催化反应时，其反应温度需要在限定范围内才能获得较好的效果，温度过高或过低，苯酚转化率和环己醇选择性均有所降低。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将铜盐、镁盐和铁盐溶于水中得到混合溶液A；将Na2CO3和NaOH溶于水中得到混合溶液B；将混合溶液A、混合溶液B混合并反应，得到反应物；
（2）将反应物依次经过滤、洗涤、烘干后焙烧，得到CuMgFe-LDH催化剂前体；
（3）将CuMgFe-LDH催化剂前体浸入甘氨酸溶液中，之后依次经过滤、洗涤、烘干，得到CuMgFe-LDH催化剂；
（4）将CuMgFe-LDH催化剂采用浸渍法负载Pt，再使用活化剂进行活化，得到Pt/CuMgFe-LDH催化剂。
2.如权利要求1所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铜盐、镁盐和铁盐均为硝酸盐；所述混合溶液A中金属元素铜、镁和铁的摩尔比为2~4:1:1。
3.如权利要求1所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合溶液B中，NaOH和Na2CO3的摩尔数按以下公式计算：n(NaOH)=1.8*(X2++X3+)，n(Na2CO3)=2*(X3+)，X2+代表混合溶液A中二价金属阳离子的摩尔数，X3+代表混合溶液A中三价金属阳离子的摩尔数。
4.如权利要求1或2或3所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，反应时间为5~7h，反应温度为50~70℃。
5.如权利要求1所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述烘干的温度为70~90℃，时间为11~13h；所述焙烧的温度为300~450℃，时间为3~5h。
6.如权利要求1所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述甘氨酸溶液的浓度为0.03~0.06mol/L；所述浸入时间为23~25h。
7.如权利要求1所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述浸渍法为：将H2PtCl6加入水中，配置得到负载所需质量分数的Pt，再加入CuMgFe-LDH催化剂超声震荡，然后依次经离心、洗涤、烘干；所述活化剂为KBH4溶液、NaBH4溶液或抗坏血酸。
8.如权利要求1-7任一所述制备方法制备所得Pt/CuMgFe-LDH催化剂用于苯酚加氢制备环己醇的应用。
9.如权利要求8所述应用，其特征在于，所述Pt/CuMgFe-LDH催化剂与苯酚的质量比为1：3~5；所述苯酚加氢制备环己醇的反应温度为80~130℃，反应压力为0.5~2MPa。
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