CN115582121B - 一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents
一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115582121B CN115582121B CN202211317531.4A CN202211317531A CN115582121B CN 115582121 B CN115582121 B CN 115582121B CN 202211317531 A CN202211317531 A CN 202211317531A CN 115582121 B CN115582121 B CN 115582121B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- reaction
- hnts
- aupd
- drying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- BBKFSSMUWOMYPI-UHFFFAOYSA-N gold palladium Chemical compound [Pd].[Au] BBKFSSMUWOMYPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 95
- CHTHALBTIRVDBM-UHFFFAOYSA-N furan-2,5-dicarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)O1 CHTHALBTIRVDBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 42
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 37
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 36
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 36
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethylfurfural Chemical compound OCC1=CC=C(C=O)O1 NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 16
- RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylfurfural Natural products COC1=CC=C(C=O)O1 RJGBSYZFOCAGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 15
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 10
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 10
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 10
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 claims description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 9
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 4
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 3
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 2
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N AIBN Substances N#CC(C)(C)\N=N\C(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N 0.000 claims 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 17
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 abstract description 5
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 abstract 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 26
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 25
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 7
- PCSKKIUURRTAEM-UHFFFAOYSA-N 5-hydroxymethyl-2-furoic acid Chemical compound OCC1=CC=C(C(O)=O)O1 PCSKKIUURRTAEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 6
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- PXJJKVNIMAZHCB-UHFFFAOYSA-N 2,5-diformylfuran Chemical compound O=CC1=CC=C(C=O)O1 PXJJKVNIMAZHCB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVVGBNZLQNDSPA-UHFFFAOYSA-N 3,6,11-trioxabicyclo[6.2.1]undeca-1(10),8-diene-2,7-dione Chemical compound O=C1OCCOC(=O)C2=CC=C1O2 DVVGBNZLQNDSPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 229910002064 alloy oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000001362 electron spin resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000006266 etherification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000012673 precipitation polymerization Methods 0.000 description 1
- 230000006950 reactive oxygen species formation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/52—Gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J33/00—Protection of catalysts, e.g. by coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
- B01J37/084—Decomposition of carbon-containing compounds into carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/16—Reducing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
- B22F1/054—Nanosized particles
- B22F1/0553—Complex form nanoparticles, e.g. prism, pyramid, octahedron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D307/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
- C07D307/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
- C07D307/34—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
- C07D307/56—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
- C07D307/68—Carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于新型非均相催化剂制备领域,公开了一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及催化HMF选择性氧化制备FDCA的应用。将贵金属纳米粒子包覆于碳载体内部,不仅能增强纳米粒子的稳定性,还能有效地防止活性位点在再生测试或高温处理过程中的分离、溶解、迁移和聚集,进一步提高催化反应效率。制得的AuPd@C催化剂兼具纳米反应器的传质限域作用和所负载金钯合金之间的协同催化作用,基于此,该催化剂在HMF氧化制备FDCA的反应过程中,以O2为氧化剂,在绿色水溶剂中,30min可以得到接近100%的FDCA产率;同时,得益于碳壳层的保护作用,该纳米反应器可以循环使用15次,表现出优异的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于新型非均相催化剂制备领域,特别涉及到一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备并将其应用于高效催化生物质平台分子5-羟甲基糠醛(5-Hydroxymenthylfurfural,HMF)选择性氧化制备2,5-呋喃二甲酸(2,5-Furandicarboxylicacid,FDCA)的方法。
背景技术
生物质是唯一的碳基可再生资源,具有种类丰富、廉价易得、来源广泛等特点,将生物质资源转化为高附加值化学品对于可持续生产,缓解全球性能源和环境危机具有重要意义。HMF是一种重要的生物平台化学品,可通过氧化、加氢、醚化、缩合和水解等反应转化为一系列高附加值化学品,例如HMF经过氧化反应可以生成2,5-二甲酰基呋喃(Furan-2,5-dicarbaldehyde,DFF),5-羟甲基-2-呋喃甲酸(5-Hydroxymethyl-2-furancarboxylicacid,HMFCA),5-甲酰基呋喃-2-羧酸(5-Formylfuran-2-carboxylicacid,FFCA)和FDCA。其中氧化产物FDCA被美国能源部列为来源于生物质最有价值的12种化学物质之一,它具有与石油基对苯二甲酸(PTA)相似的芳环体系,同时含有二酸结构。由于相似的物理和化学性质,FDCA可作为PTA的潜在替代品用于生产聚酯材料。另外,与PTA得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比,由FDCA合成的生物基聚酯2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)具有更好的透气性和更高的玻璃化转变温度,可以在塑料、食品包装以及电子电器中取代PET。因此,开发一种高效制备FDCA的方法在新能源开发方面具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
目前,在催化HMF选择性氧化制备FDCA的反应中,以氧气为氧化剂,负载型贵金属纳米颗粒催化剂(Au、Pt、Pd、Ru及合金和混合金属氧化物)由于其催化活性高,在工业上有着广泛的应用。其中,Au催化剂在温和的条件下比其他贵金属催化剂表现出更好的稳定性、选择性和催化性能。研究表明,在碱性条件下,Au对醛基氧化活性较高,但对醇氧化活性却较低,而Pd更利于醇羟基的氧化,相比于单金属,结合Au和Pd的优点,利用双金属之间的合金效应有利于增强催化性能。但是,负载型贵金属催化剂在高温反应中金属易烧结、表面活性位点易流失、不稳定,面临着贵金属利用率低,稳定性不佳等不足。此外,在HMF氧化制备FDCA反应过程中,以O2作为氧化剂,活性氧物种的形成以及催化剂对反应物质的吸附能力对该反应有着至关重要的影响。多孔碳材料具有导电性好、孔隙率高、比表面积大、化学惰性大、易表面改性等优点,利用碳壳层包覆贵金属纳米粒子制备具有明显核-壳界限的核-壳结构纳米反应器催化剂,有利于提升催化剂的稳定性,且核-壳结构纳米反应器催化剂的限域作用可实现催化剂对底物和活性物种的富集,极大地提高催化反应速率。
发明内容
本发明旨在构建一种多孔碳包覆AuPd合金棒状纳米反应器高效非均相催化剂。以自然界中含量丰富、价格低廉且有中空管状结构的埃洛石纳米管(Halloysite nanotubes,HNTs)为模板,通过静电吸引并原位还原的方式将AuPd纳米粒子负载到HNTs上,然后采用沉淀聚合在其表面包覆一层聚合物,热解并去除内部HNTs模板得到多孔碳包覆AuPd合金棒状纳米反应器催化剂。利用纳米反应器的限域效应以及金钯合金的协同催化作用,该纳米反应器催化剂被用于HMF选择性氧化制备FDCA的反应,其中O2作为氧化剂,绿色溶剂H2O作为反应溶剂,30min可以得到接近100%的FDCA产率;同时,得益于碳壳层的保护作用,该纳米反应器催化剂可以循环使用15次,表现出优异的稳定性。
本发明采用的技术方案是:
一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X℃的制备方法,包括如下步骤:
A1、将HNTs加入酸溶液中,搅拌状态下,加热回流,待反应结束后,所得的反应溶液经去离子水洗涤直至中性,然后通过离心收集并真空干燥,之后将样品置于管式炉中于空气气氛下进行煅烧,得到产物为纯化过的HNTs;
A2、取适量步骤A1所得的纯化过的HNTs,将其分散在甲苯中,样品经超声分散混合均匀,之后在搅拌的条件下向混合体系中缓慢地滴加硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550,加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于烘箱中干燥,得到负载有氨基的样品;
A3、取适量步骤A2所得的样品,将其分散在去离子水中,在搅拌条件下,将四氯金酸水溶液(HAuCl4·3H2O)滴加入反应体系中,分散均匀后加入还原剂;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载Au纳米颗粒的样品(Au/HNTs)。然后将所得的Au/HNTs样品分散在去离子水中,在搅拌条件下,将氯化钯水溶液(PdCl2)滴加入反应体系中,分散均匀后加入还原剂;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载AuPd纳米颗粒的样品(AuPd/HNTs);
A4、取适量步骤A3中所得的AuPd/HNTs样品,将其分散在甲苯中,样品经超声分散混合均匀。之后在搅拌的条件下向混合体系中缓慢地滴加硅烷偶联剂KH-570,加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于烘箱中干燥,得到负载有乙烯基的样品;
A5、取适量步骤A4中所得的样品,以及二乙烯苯(DVB)和偶氮二异丁腈(AIBN),将其分散于乙腈中,样品经超声分散混合均匀后于水浴振荡器中升温至指定温度保持,一定时间后继续升温至目标温度;反应结束后,产物经离心收集,然后置于烘箱中干燥,得到聚合后的样品(AuPd/HNTs@Poly)。之后在氮气气氛下,将AuPd/HNTs@Poly样品置于管式炉中在不同温度下进行煅烧,得到碳化后的样品(AuPd/HNTs@C-X℃);
A6、取步骤A5所得的AuPd/HNTs@C-X℃样品,加入适量无水乙醇和氢氟酸,搅拌条件下反应,真空干燥后得到多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X℃。
步骤A1中,所述的HNTs与酸溶液的比例为(10-40g):(63-250mL),其中酸溶液为摩尔浓度为3M的硝酸、硫酸或盐酸溶液;加热回流的温度为75-80℃,加热回流的时间为8-14h;真空干燥的温度为60-70℃,干燥时间为12-24h,管式炉煅烧温度为200-300℃,升温速度为5℃/min,煅烧时间为1-2h。
步骤A2中,所述的纯化后的HNTs、甲苯与硅烷偶联剂KH-550的比例为(1.0-4.0g):(40-160mL):(2.64-10.56mL);加热回流的温度为100-120℃,加热回流的时间为10-14h;真空干燥的温度为60-70℃,干燥时间为12-24h。
步骤A3中,步骤A2中所得的样品、HAuCl4·3H2O水溶液、PdCl2水溶液、还原剂与去离子水的比例为(0.2-1.0g):(0.628-3.14mL):(0.36-1.8mL):(1.2-6.0mL):(10-40mL),所述HAuCl4·3H2O水溶液的质量百分浓度为1wt%,PdCl2水溶液的质量百分浓度为0.4wt%,还原剂为摩尔浓度为0.1M的硼氢化钠(NaBH4)溶液;反应均为水浴反应,水浴反应温度为25℃,反应时间为2-6h;真空干燥温度为50-60℃,干燥时间为12-24h。
步骤A4中,所述的AuPd/HNTs样品、甲苯与硅烷偶联剂KH-570的比例为(1.0-4.0g):(100-400mL):(6.0-24.0mL);加热回流的温度为90-100℃,加热回流的时间为12-24h;干燥的温度为60-70℃,干燥时间为12-24h。
步骤A5中,步骤A4中所得的样品、二乙烯苯、偶氮二异丁腈与乙腈的比例为(0.1-0.4g):(0.4-1.6g):(0.04-0.16g):(30-120mL),于水浴振荡器中反应,反应温度为50-60℃,反应时间为24-30h;干燥的温度为60-70℃,干燥时间为12-24h;氮气气氛下,管式炉煅烧温度为600-900℃,升温速度为5℃/min,煅烧时间为2-3h。
步骤A6中,所述的AuPd/HNTs@C-X℃样品、无水乙醇、氢氟酸的比例为(0.2-1.0g):(3.732-18.660mL):(4.268-21.340mL),所述氢氟酸(HF)的质量百分浓度为10%-20%;水浴反应温度为25℃,反应时间为20-24h;真空干燥温度为60-70℃,干燥时间为12-24h。
将本发明制得的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X℃应用于催化氧化HMF制备FDCA,步骤为:以水作为反应溶剂,在反应釜中加入HMF、碱以及多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X℃,然后通入O2,待温度升至设定的反应温度后开始进行氧化反应。
其中,所述的AuPd@C-X℃催化剂、HMF、碱与去离子水的比例为(0.04-0.08g):(0.04-0.08g):(0.05-0.168g):(30-60mL);反应温度为80-110℃,反应时间为20-120min,反应氧气压强为0.5-2.0MPa。
其中,碱为氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)。
本发明的有益效果在于:
(1)以自然界中含量丰富、环境友好、价格低廉且有中空管状结构的HNTs为模板,用于构建多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂,生产成本低,且与传统球状纳米反应器催化剂相比,比表面积更大,表现出优异的催化反应性能。
(2)所制备的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X℃,将贵金属纳米粒子封装到碳材料内部,通过加强碳材料和贵金属纳米粒子在有限空间内的相互作用来提高活性位点的稳定性。此外,该棒状纳米反应器催化剂在催化反应过程中以O2分子作为氧化剂,非极性O2分子可以在非极性碳壳层内传质,并在壳层金属位点的还原作用下生成极性的活性氧物种,利用非极性碳壳层的限域作用实现活性物种的富集,使活性氧物种浓度更高,促进了活性物种的催化反应。
(3)该材料为中空棒状多孔碳材料,具有导电性好、比表面积大、孔隙率大、易表面改性等优点,介孔结构更有利于底物分子的吸附,结合Au和Pd的优点,利用双金属之间的合金效应,而且多孔碳载体与所负载金钯合金之间具有协同作用,进一步提高了该催化剂的催化活性。
(4)本发明所制备的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂可循环使用15次,具有良好的可重复使用性,而且制备工艺简单,容易操作,适宜于工业化生产。
附图说明
图1为实例1中纯化HNTs(a,c),AuPd/HNTs@Poly(b,e)的扫描电镜图和透射电镜图,和AuPd/HNTs(d)、AuPd@C-800℃(f)的透射电镜图。
图2为实例1中所制备的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的高分辨晶格图Au@C-800℃(a),Pd@C-800℃(b),AuPd@C-800℃(c),以及AuPd@C-800℃所负载的AuPd纳米颗粒的尺寸分布图(d)。
图3为实例1中所制备AuPd@C-800℃催化剂的氮气吸附解吸曲线(a)和孔径分布图(b)。
图4为实例1中所制得Au@C-800℃、Pd@C-800℃、AuPd@C-800℃催化剂的X射线衍射图谱(a)以及所制得AuPd@C-800℃催化剂的拉曼图谱(b)。
图5为实例1中所制得AuPd@C-800℃催化剂的电子顺磁共振波谱图。
图6为实例1中所制得Au@C-800℃、Pd@C-800℃、AuPd@C-800℃催化剂的Au4f区域高分辨谱图(a)、Pd 3d区域高分辨谱图(b)、O 1s区域高分辨谱图(c)和C1s区域高分辨谱图(d)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1:
1、多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-800℃的制备。
(1)称取40g HNTs于三颈烧瓶中,用量筒量取250mL HNO3和水的混合溶液倒入烧瓶中,然后将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,于75℃下搅拌12h。加热回流反应结束后,将所得混合溶液用去离子水洗涤至中性,然后离心收集,所得样品在60℃下干燥24h。然后将所得固体样品在置于管式炉中于200℃下煅烧2h。
(2)称取1.0g纯化后的HNTs于三颈烧瓶中,量取40mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加2.64mL KH-550,于110℃下搅拌12h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃下干燥12h,得到负载有氨基的样品。
(3)称取1.0g负载有氨基的样品,将其分散在去离子水中,搅拌条件下,滴加3.14mL1wt%的HAuCl4·3H2O溶液,分散均匀后滴加4mL 0.1M的NaBH4溶液;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载Au纳米颗粒的样品(Au/HNTs)。然后将所得的Au/HNTs样品分散在去离子水中,在搅拌条件下,滴加1.8mL 0.4wt%的PdCl2溶液,分散均匀后滴加2mL 0.1M的NaBH4溶液,待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载AuPd纳米颗粒的样品(AuPd/HNTs)。
(4)称取1.0g AuPd/HNTs样品于三颈烧瓶中,量取100mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加6mL KH-570,于90℃下搅拌24h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃下干燥12h,得到负载有乙烯基的样品。
(5)称取0.2g负载乙烯基的样品,0.8g DVB,0.08g AIBN,60mL乙腈于单颈烧瓶中,混合样品经超声分散均匀后置于水浴振荡器中,50℃下反应6h,然后升温至60℃继续反应24h。反应结束后,产物经离心收集,然后置于60℃烘箱中干燥12h,得到聚合后的样品(AuPd/HNTs@Poly)。之后在氮气气氛下,将AuPd/HNTs@Poly样品置于管式炉中于800℃下煅烧2h,升温速度为5℃/min,得到碳化后的样品(AuPd/HNTs@C-800℃)。
(6)称取0.5g AuPd/HNTs@C-800℃样品,加入9.33mL无水乙醇和10.67mL氢氟酸,搅拌条件下反应24h,产物经离心收集,然后置于60℃烘箱中干燥12h,得到多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-800℃。
由图1扫描电镜图(a)和透射电镜图(c)可以观察到HNTs为中空棒状结构;根据扫描电镜图(b)和透射电镜图(e)可以观察到引入聚合单体后,HNTs的表面包覆了一层聚合物;根据透射电镜图(d)可观察到Au、Pd纳米粒子已成功负载到载体表面;根据透射电镜图(f)可观察到所制备的AuPd@C-800℃催化剂为多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器。
由图2高分辨图(a-c)可以观察到金属的晶格,晶格条纹0.235nm对应Au的(111)晶面,0.227nm对应Pd的(111)晶面,0.228nm和0.229nm对应于AuPd合金的(111)晶面,证明合金的成功制备;通过图(d)可以得出金属颗粒的平均直径为8.5nm。
由图3氮气吸脱附图(a)和孔径分布图(b)可得所制备的催化剂具有微孔和介孔,其比表面积为544.1m2 g-1,平均孔径为6.4463nm。
由图4(a)中X射线衍射图可看出所制备的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂Au@C、Pd@C、AuPd@C-800℃显示出不同晶面。在38.4°,44.9°,64.9°和78.2°分别对应AuPd合金的(111)、(200)、(220)和(311)晶面,处于Au和Pd的对应晶面之间,证明合金的存在;图4(b)拉曼图谱中位于1340cm-1处的D带特征峰和位于1580cm-1处的G带特征峰,计算得ID/IG=1.004,表明所制备催化剂具有一定的碳缺陷。
由图5AuPd@C-800℃的电子顺磁共振波谱图可以观察到超氧自由基的特征峰,表明超氧自由基为该反应的活性氧。
由图6为实例1中所制备的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂Au@C、Pd@C、AuPd@C-800℃的Au 4f区域的高分辨谱图(a)、Pd 3d区域的高分辨谱图(b),O 1s区域的高分辨谱图(c)和C1s区域的高分辨谱图(d);由图(a)(b)可以观察到Au向低结合能偏移,得电子,Pd向高结合能偏移,失电子,证明AuPd合金的成功制备;2、催化活性测试:
称取0.05g HMF,0.1681g Na2CO3以及0.05g AuPd@C-800℃催化剂,将其分散在40mL去离子水中,然后向反应釜内充入O2,压强为2.0MPa,反应体系在100℃下反应30min,转速为600rpm。反应得到的液体产物用高效液相色谱仪(HPLC)配置紫外检测器及C18柱进行检测,将所得液体产物用去离子水稀释100倍,然后用0.2μm的聚四氟乙烯滤膜过滤液体。检测条件为:柱温为30℃;流动相为0.1wt%醋酸和乙腈;流速为0.6mL/min;进样量为5μL。FDCA样品标准曲线为y=21.068x-5.1418(x表示FDCA对应的浓度,单位为mg/L,y表示峰面积),根据标准曲线可以计算出FDCA的浓度,换算成摩尔浓度。产物产率计算公式为Y(摩尔产率)=n1/n0×100,n1代表所得FDCA的摩尔量,n0代表反应底物HMF的摩尔量。计算结果表明产物FDCA能达到较高的产率,反应30min的FDCA产率为99.9%。
3、再生性能测试
本发明中,所制备的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-800℃可通过离心、分离、干燥得到。将回收得到的催化剂重新投入到上述催化实验中,测试其催化效果;以此方法进行15次再生实验。所得到的液体产物检测方法和实验条件同上述催化实验。结果表明:再生过程中催化剂活性损失较低,再生一至十五次实验过程中,FDCA的产率从99.9%降至85.4%。
实施例2:
1、多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-600℃的制备。
(1)称取30g HNTs于三颈烧瓶中,用量筒量取188mL HNO3和水的混合溶液倒入烧瓶中,然后将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,于70℃下搅拌14h。加热回流反应结束后,将所得混合溶液用去离子水洗涤至中性,然后离心收集。所得样品在60℃下干燥24h。然后将所得固体样品在置于管式炉中于300℃下煅烧1h。
(2)称取2.0g纯化后的HNTs于三颈烧瓶中,量取80mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加5.28mL KH-550,于120℃下搅拌10h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于60℃下干燥24h,得到负载有氨基的样品。
(3)称取0.2g负载有氨基的样品,将其分散在去离子水中,搅拌条件下,滴加0.628mL1wt%的HAuCl4·3H2O溶液,分散均匀后滴加0.8mL 0.1M的NaBH4溶液;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载Au纳米颗粒的样品(Au/HNTs)。然后将所得的Au/HNTs样品分散在去离子水中,在搅拌条件下,滴加0.36mL 0.4wt%的PdCl2溶液,分散均匀后滴加0.4mL0.1M的NaBH4溶液,待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载AuPd纳米颗粒的样品(AuPd/HNTs)。
(4)称取2.0g AuPd/HNTs样品于三颈烧瓶中,量取200mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加12mL KH-570,于100℃下搅拌12h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于60℃下干燥24h,得到负载有乙烯基的样品。
(5)称取0.1g负载乙烯基的样品,0.4g DVB,0.04g AIBN,30mL乙腈于单颈烧瓶中,混合样品经超声分散混合均匀后置于水浴振荡器中,50℃下反应6h,然后升温至60℃继续反应24h。反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃烘箱中干燥12h,得到聚合后的样品(AuPd/HNTs@Poly)。之后在氮气气氛下,将AuPd/HNTs@Poly样品置于管式炉中于600℃下煅烧3h,升温速度为5℃/min,得到碳化后的样品(AuPd/HNTs@C-600℃)。
(6)称取0.2g AuPd/HNTs@C-600℃样品,加入3.732mL无水乙醇和4.268mL氢氟酸,搅拌条件下反应20h,产物经离心收集,然后置于60℃烘箱中干燥14h,得到多孔碳包覆金钯合金的棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-600℃。
2、催化活性测试:
称取0.04g HMF,0.05g NaOH以及0.04g AuPd@C-600℃催化剂,将其分散在30mL去离子水中,然后向反应釜内充入O2,压强为2.0MPa,反应体系在100℃下反应1h,转速为600rpm。反应得到的液体产物用高效液相色谱仪(HPLC)配置紫外检测器及C18柱进行检测,检测方法同实例1中的步骤2。计算结果表明产物FDCA能达到较高的产率,反应2h的FDCA产率为89.7%。
3、再生性能测试:
再生性能测试方法同实施例1。结果表明,再生反应中,催化剂的活性并未有太大的损失,再生一至十五次实验过程中,FDCA的产率从89.7%降至84.5%。
实施例3:
1、多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-700℃的制备。
(1)称取20g HNTs于三颈烧瓶中,用量筒量取125mL HNO3和水的混合溶液倒入烧瓶中,然后将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,于80℃下搅拌8h,加热回流反应结束后,将所得混合溶液用去离子水洗涤至中性,然后离心收集。所得样品在70℃下干燥12h。然后将所得固体样品在置于管式炉中于200℃下煅烧2h。
(2)称取3.0g纯化后的HNTs于三颈烧瓶中,量取120mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加7.92mL KH-550,于110℃下搅拌12h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃下干燥12h,得到负载有氨基的样品。
(3)称取0.4g负载有氨基的样品,将其分散在去离子水中,搅拌条件下,滴加1.256mL1wt%的HAuCl4·3H2O溶液,分散均匀后滴加1.6mL 0.1M的NaBH4溶液;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载Au纳米颗粒的样品(Au/HNTs)。然后将所得的Au/HNTs样品分散在去离子水中,在搅拌条件下,滴加0.72mL 0.4wt%的PdCl2溶液,分散均匀后滴加0.8mL0.1M的NaBH4溶液,待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载AuPd纳米颗粒的样品(AuPd/HNTs)。
(4)称取3.0g AuPd/HNTs样品于三颈烧瓶中,量取300mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加18mL KH-570,于90℃下搅拌24h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃下干燥12h,得到负载有乙烯基的样品。
(5)称取0.3g负载乙烯基的样品,1.2g DVB,0.12g AIBN,90mL乙腈于单颈烧瓶中,混合样品经超声分散混合均匀后置于水浴振荡器中,50℃下反应6h,然后升温至60℃继续反应24h。反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃烘箱中干燥10h,得到聚合后的样品(AuPd/HNTs@Poly)。之后在氮气气氛下,将AuPd/HNTs@Poly样品置于管式炉中于700℃下煅烧4h,升温速度为5℃/min,得到碳化后的样品(AuPd/HNTs@C-700℃)。
(6)称取0.4g AuPd/HNTs@C-700℃样品,加入7.464mL无水乙醇和8.536mL氢氟酸,搅拌条件下反应24h,产物经离心收集,然后置于70℃烘箱中干燥10h,得到多孔碳包覆金钯合金的棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-700℃。
2、催化活性测试:
称取0.06g HMF,0.16g NaHCO3以及0.06g AuPd@C-700℃催化剂,将其分散在50mL去离子水中,然后向反应釜内充入O2,压强为1.5MPa,反应体系在90℃下反应1h,转速为600rpm。反应得到的液体产物检测方法同实例1中的步骤2。计算结果表明产物FDCA能达到较高的产率,反应1h的FDCA产率为98.0%。
3、再生性能测试:
再生性能测试方法同实施例1。结果表明,再生反应中,催化剂的活性并未有太大的损失,再生一至十五次实验过程中,FDCA的产率从98.0%降至96.3%。
实施例4:
1、多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-900℃的制备。
(1)称取10g HNTs于三颈烧瓶中,用量筒量取63mL HNO3和水的混合溶液倒入烧瓶中,然后将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,于80℃下搅拌8h。加热回流反应结束后,将所得混合溶液用去离子水洗涤至中性,然后离心收集。所得样品在70℃下干燥12h。然后将所得固体样品在置于管式炉中于200℃下煅烧2h。
(2)称取4.0g纯化后的HNTs于三颈烧瓶中,量取160mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加10.56mL KH-550,于100℃下搅拌14h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于70℃下干燥12h,得到负载有氨基的样品。
(3)称取0.5g负载有氨基的样品,将其分散在去离子水中,搅拌条件下,滴加1.57mL1wt%的HAuCl4·3H2O溶液,分散均匀后滴加2mL 0.1M的NaBH4溶液;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载Au纳米颗粒的样品(Au/HNTs)。然后将所得的Au/HNTs样品分散在去离子水中,在搅拌条件下,滴加0.9mL 0.4wt%的PdCl2溶液,分散均匀后滴加1mL 0.1M的NaBH4溶液,待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载AuPd纳米颗粒的样品(AuPd/HNTs)。
(4)称取4.0g AuPd/HNTs样品于三颈烧瓶中,量取400mL甲苯倒入烧瓶中,所得混合溶液经超声分散均匀后,将其置于油浴锅中并安装冷凝回流装置,滴加24mL KH-570,于90℃下搅拌24h。加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于60℃下干燥20h,得到负载有乙烯基的样品。
(5)称取0.4g负载乙烯基的样品,1.6g DVB,0.16g AIBN,120mL乙腈于单颈烧瓶中,混合样品经超声分散混合均匀后置于水浴振荡器中,50℃下反应6h,然后升温至60℃继续反应24h。反应结束后,产物经离心收集,然后置于60℃烘箱中干燥12h,得到聚合后的样品(AuPd/HNTs@Poly)。之后在氮气气氛下,将AuPd/HNTs@Poly样品置于管式炉中于900℃下煅烧5h,升温速度为5℃/min,得到碳化后的样品(AuPd/HNTs@C-900℃)。
(6)称取1.0g AuPd/HNTs@C-900℃样品,加入18.66mL无水乙醇和21.34mL氢氟酸,搅拌条件下反应24h,产物经离心收集,然后置于60℃烘箱中干燥24h,得到多孔碳包覆金钯合金的棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-900℃。
2、催化活性测试:
称取0.08g HMF,0.0875g K2CO3以及0.08g AuPd@C-900℃催化剂,将其分散在60mL去离子水中,然后向反应釜内充入O2,压强为2.0MPa,反应体系在110℃下反应1h,转速为600rpm。反应得到的液体产物检测方法同实例1中的步骤2。计算结果表明产物FDCA能达到较高的产率,反应20min的FDCA产率为98.5%。
3、再生性能测试:
再生性能测试方法同实施例1。结果表明,再生反应中,催化剂的活性并未有太大的损失,再生一至十五次实验过程中,FDCA的产率从98.5%降至94.1%。
Claims (10)
1.一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法,其特征在于,包括步骤:
A1、将埃洛石纳米管HNTs加入酸溶液中,搅拌状态下,加热回流,待反应结束后,所得的反应溶液经去离子水洗涤直至中性,然后通过离心收集并真空干燥,之后将样品置于管式炉中于空气气氛下进行煅烧,得到产物为纯化过的HNTs;
A2、取适量步骤A1所得的纯化过的HNTs,将其分散在甲苯中,样品经超声分散混合均匀,之后在搅拌的条件下向混合体系中缓慢地滴加3-氨丙基三乙氧基硅烷 KH-550,加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于烘箱中干燥,得到负载有氨基的样品;
A3、取适量步骤A2所得的样品,将其分散在去离子水中,在搅拌条件下,将四氯金酸HAuCl4•3H2O水溶液滴加入反应体系中,分散均匀后加入还原剂;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载Au纳米颗粒的样品,即Au/HNTs;
然后将所得的Au/HNTs样品分散在去离子水中,在搅拌条件下,将氯化钯PdCl2水溶液滴加入反应体系中,分散均匀后加入还原剂;待反应结束后,用去离子水洗涤,离心收集,真空干燥,得到负载AuPd纳米颗粒的样品,即AuPd/HNTs;
A4、取适量步骤A3中所得的AuPd/HNTs样品,将其分散在甲苯中,样品经超声分散混合均匀,之后在搅拌的条件下向混合体系中缓慢地滴加3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH-570,加热回流反应结束后,产物经离心收集,然后置于烘箱中干燥,得到负载有乙烯基的样品;
A5、取适量步骤A4中所得的样品,以及二乙烯苯 DVB和偶氮二异丁腈AIBN,将其分散于乙腈中,样品经超声分散混合均匀后于水浴振荡器中升温至指定温度保持,一定时间后继续升温至目标温度;反应结束后,产物经离心收集,然后置于烘箱中干燥,得到聚合后的样品AuPd/HNTs@Poly;之后在氮气气氛下,将AuPd/HNTs@Poly样品置于管式炉中在不同温度下进行煅烧,得到碳化后的样品 AuPd/HNTs@C-X ℃;
A6、取步骤A5所得的AuPd/HNTs@C-X ℃样品,加入适量无水乙醇和氢氟酸,搅拌条件下反应,真空干燥后得到多孔碳包覆金钯合金的棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X ℃。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A1中,所述的HNTs与酸溶液的比例为 (10-40 g) : (63-250 mL),其中,酸溶液为摩尔浓度为3 M的硝酸、硫酸或盐酸溶液;加热回流的温度为70-80 ℃,加热回流的时间为8-14 h;真空干燥的温度为60-70 ℃,干燥时间为12-24 h;管式炉煅烧温度为200-300 ℃,升温速度为5 ℃/min,煅烧时间为1-2 h。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A2中,所述的纯化过的HNTs、甲苯与KH-550的比例为 (1.0-4.0 g): (40-160 mL): (2.64-10.56 mL),加热回流的温度为100-120 ℃,加热回流时间为10-14 h;干燥的温度为60-70 ℃,干燥时间为12-24 h。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A3中,反应均为水浴反应,水浴反应温度为25℃,反应时间为2-4 h;真空干燥温度为50-60 ℃,干燥时间为12-24 h;
其中,所述HAuCl4•3H2O水溶液的质量百分浓度为1 wt%,PdCl2水溶液的质量百分浓度为0.4 wt%,还原剂为摩尔浓度为0.1 M 的硼氢化钠 NaBH4溶液。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A4中,所述的步骤A3中得到的AuPd/HNTs样品与KH-570的比例为 (1.0-4.0 g): (6.0-24.0 mL),加热回流的温度为90-100℃,加热回流的时间为12-24 h;干燥的温度为60-70 ℃,干燥时间为12-24 h。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A5中,所述的步骤A4中所得的样品、DVB、AIBN与乙腈的比例为(0.1-0.4 g): (0.4-1.6 g): (0.04-0.16 g): (30-120 mL),水浴振荡反应温度为50-60 ℃,反应时间为24-30 h;干燥的温度为60-70 ℃,干燥时间为12-24 h;氮气气氛下,管式炉煅烧温度为600-900 ℃,升温速度为5 ℃/min,煅烧时间为2-3h。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A6中,所述的步骤A5中所得的AuPd/HNTs@C-X ℃样品、无水乙醇、氢氟酸的比例为(0.2-1.0 g): (3.732-18.660 mL):(4.268-21.340 mL),其中,氢氟酸的质量百分浓度为10-20%;反应时间为20-24 h;真空干燥温度为60-70 ℃,干燥时间为12-24 h。
8.一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂,其特征在于,是通过权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的,记为AuPd@C-X ℃。
9.将权利要求8所述的多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂用于催化氧化5-羟甲基糠醛HMF制备FDCA的用途。
10.如权利要求9所述的用途,其特征在于,步骤为:以水作为反应溶剂,在反应釜中加入HMF、碱以及多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂AuPd@C-X ℃,然后通入O2,待温度升至设定的反应温度后开始进行氧化反应。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211317531.4A CN115582121B (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211317531.4A CN115582121B (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115582121A CN115582121A (zh) | 2023-01-10 |
CN115582121B true CN115582121B (zh) | 2023-09-26 |
Family
ID=84782853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211317531.4A Active CN115582121B (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115582121B (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110729485A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-24 | 东南大学 | 多孔碳包覆PdFe/C合金纳米框架的制备方法及应用 |
CN111659372A (zh) * | 2020-06-20 | 2020-09-15 | 珠海复旦创新研究院 | 碳纳米管限域的尺寸可调钯基催化剂及其制备方法与应用 |
CN112007637A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-01 | 中国科学院广州地球化学研究所 | 一种双金属合金-埃洛石复合催化剂及其制备方法和应用 |
CN113956221A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-21 | 江苏大学 | 一种无碱条件下催化氧化呋喃醛或呋喃醇制备呋喃酸化合物的方法 |
CN114308134A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-04-12 | 北京科技大学 | 利用埃洛石纳米管制备金属氧化物微反应器的方法及应用 |
CN114797848A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 江苏大学 | 一种含氧缺陷棒状核壳结构催化剂的制备方法及其应用 |
CN114950476A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-08-30 | 南开大学 | NiPd纳米合金催化剂及其制备及其在氢气还原六价铬中的应用 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160279619A1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | Brown University | Graphene-Supported NiPd Alloy Nanoparticles for Effective Catalysis of Tandem Dehydrogenation of Ammonia Borane and Hydrogenation of Nitro/Nitrile Compounds |
-
2022
- 2022-10-26 CN CN202211317531.4A patent/CN115582121B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110729485A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-24 | 东南大学 | 多孔碳包覆PdFe/C合金纳米框架的制备方法及应用 |
CN111659372A (zh) * | 2020-06-20 | 2020-09-15 | 珠海复旦创新研究院 | 碳纳米管限域的尺寸可调钯基催化剂及其制备方法与应用 |
CN112007637A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-01 | 中国科学院广州地球化学研究所 | 一种双金属合金-埃洛石复合催化剂及其制备方法和应用 |
CN113956221A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-21 | 江苏大学 | 一种无碱条件下催化氧化呋喃醛或呋喃醇制备呋喃酸化合物的方法 |
CN114308134A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-04-12 | 北京科技大学 | 利用埃洛石纳米管制备金属氧化物微反应器的方法及应用 |
CN114797848A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 江苏大学 | 一种含氧缺陷棒状核壳结构催化剂的制备方法及其应用 |
CN114950476A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-08-30 | 南开大学 | NiPd纳米合金催化剂及其制备及其在氢气还原六价铬中的应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Amine-Functionalized Natural Halloysite Nanotubes Supported Metallic (Pd, Au, Ag) Nanoparticles and Their Catalytic Performance for Dehydrogenation of Formic Acid;Limin Song et al.;《Nanomaterials》;第12卷;第1-13页 * |
Xiaoyue Wan et al..Base-Free Aerobic Oxidation of 5‑Hydroxymethyl-furfural to 2,5- Furandicarboxylic Acid in Water Catalyzed by Functionalized Carbon Nanotube-Supported Au−Pd Alloy Nanoparticles.《ACS Catal.》.2014,第4卷第2175-2185页. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115582121A (zh) | 2023-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pei et al. | Size-controllable ultrafine palladium nanoparticles immobilized on calcined chitin microspheres as efficient and recyclable catalysts for hydrogenation | |
CN103936987B (zh) | 一种碳纳米管复合材料及其制备方法 | |
CN108479855A (zh) | 一种核壳结构金属有机骨架基复合光催化剂及其制备方法 | |
CN113578359B (zh) | 空心氮掺杂纳米碳球负载高分散钯基催化剂及其制备方法和在乙苯脱氢中的应用 | |
CN107754826B (zh) | 一种直接合成过氧化氢用中空核壳结构Pd催化剂及其制备方法 | |
CN108607603B (zh) | 一种co2合成炔酸催化剂及其制备和应用 | |
CN102527377A (zh) | 一种浸渍-可控还原法制备的CO羰化制草酸酯用高效纳米Pd催化剂 | |
CN107670694B (zh) | 一种金属负载型催化剂及其制备方法和应用 | |
CN106006549A (zh) | 杂原子掺杂中空碳球材料负载贵金属纳米粒子及其制备 | |
CN103657643B (zh) | 一种制备纳米钯金属催化剂的方法 | |
CN112191246A (zh) | 负载型钯单原子催化剂及其在肉桂醛选择性加氢中应用 | |
CN112007637B (zh) | 一种双金属合金-埃洛石复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN104511279A (zh) | 一种高效甲烷二氧化碳重整Ni/SiO2催化剂及其静电纺丝的制备方法 | |
CN114984994A (zh) | 氮杂碳基负载型金属催化剂及其制备方法和应用 | |
CN107774246A (zh) | 一种中空介孔硅纳米胶囊核内负载钯催化剂的制备方法及其应用 | |
CN114797848B (zh) | 一种含氧缺陷棒状核壳结构催化剂的制备方法及其应用 | |
CN105148918B (zh) | 一种Co-B/Ni-B非晶纳米球复合合金催化剂的制备方法及其应用 | |
CN115582121B (zh) | 一种多孔碳包覆金钯合金棒状纳米反应器催化剂的制备方法及其应用 | |
CN112390293B (zh) | 超薄二维四氧化三锰和二维Ni-Mn LDH纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
CN101890368A (zh) | 碳载高活性金或金-铂合金或金核铂壳结构纳米催化剂的制备方法 | |
CN111389398B (zh) | 分级中空二氧化硅限域氧化亚铜可见光催化剂的制备方法 | |
CN111203279A (zh) | 一种三明治纳米材料ZIF-8@Au25@ZIF-67及其制备方法和应用 | |
CN110252368A (zh) | 一种多孔碳载双贵金属催化剂的制备方法和应用 | |
Hao et al. | Selective Hydrogenation of 5-Hydroxymethylfurfural to 2, 5-Dimethylfuran Over Popcorn-Like Nitrogen-Doped Carbon-Confined CuCo Bimetallic Catalyst | |
CN111468091B (zh) | Pt-Au碳基原位还原复合催化材料的制备方法及应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |