CN117861655A - 一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性的方法 - Google Patents

一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2‑Sb2O3活性和选择性的方法。将催化剂Pt/SnO2‑Sb2O3在10%H2‑N2混合气或高纯氢中50~250℃下还原1~5h、而后在空气氛围中80~150℃热处理2~132h或在室温放置15~120天、再于10%H2‑N2混合气或高纯氢中50~100℃还原1~5h后,在无水乙醇中催化硝基苯乙烯选择性加氢制备氨基苯乙烯。在硝基苯乙烯完全转化时,氨基苯乙烯的选择性达到95%,上述方案使催化剂Pt/SnO2‑Sb2O3的活性明显提高,同时解决了放置过程中催化剂对氨基苯乙烯选择性降低的问题。

Description

一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性 的方法
技术领域
本发明涉及一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性的方法。具体涉及以Pt/SnO2-Sb2O3为催化剂,催化剂在10% H2-N2混合气或高纯氢中50~250℃下还原1~5h、而后在空气氛围中80~150℃热处理2~132h或在室温放置15~120天、再于10% H2-N2混合气或高纯氢中50~100℃还原1~5h后,在无水乙醇中,以高纯氢作为氢源,催化硝基苯乙烯选择性加氢制备氨基苯乙烯的方法,经上述方法处理后的Pt/SnO2-Sb2O3催化剂,活性和选择性显著提高。
背景技术
含有易还原基团的芳胺化合物是一类重要的有机合成中间体,广泛应用于医药、农药、染料、荧光增白剂、稳定剂和高分子聚合物领域。氨基苯乙烯是合成农药、染料、颜料、药品和高性能聚合物的重要中间体。
硝基苯乙烯催化加氢是制备氨基苯乙烯较为绿色的途径,但由于反应物分子中同时存在硝基和易还原基团乙烯基,因此选择性还原硝基、使乙烯基不被还原是具有挑战性的课题。在甲苯中采用Au/TiO2、Au/Fe2O3、Pt/TiO2、Pt/FeOx,或在四氢呋喃中采用Ag/Al2O3催化硝基苯乙烯加氢,反应过程没有苯羟胺的累积,氨基苯乙烯的收率可达90%~96%,但催化剂活性比较低((Corma, Serna, Science., 2006),(Macino, Barnes et al., NatureCatal., 2019),(Wei, Liu et al., Nature Comm., 2014)(Shimizu, Miyamoto et al.,J. Catal., 2010))。CN104974047B公开了以Pt/SnO2-Sb2O3催化剂,在乙醇、H2O、正庚烷、任意比例的H2O-乙醇混合物、任意比例的H2O-正庚烷混合物溶剂中催化硝基苯乙烯加氢的技术,该技术方案具有对硝基加氢选择性高、对乙烯基加氢无催化活性等优点,例如,采用0.15g 经250℃还原的0.5wt% Pt/SnO2-Sb2O3催化剂,在5mL乙醇中50℃催化0.25g 4-硝基苯乙烯加氢,反应4h,4-硝基苯乙烯转化率为97.6%,4-氨基苯乙烯选择性为95.6%。但该方案主要存在如下问题:(1)催化剂活性较低。(2)后续研究发现,还原后的该催化剂放置一段时间以后,用于催化硝基苯乙烯加氢,氨基苯乙烯的选择性大幅降低。因此,在保持催化剂对氨基苯乙烯高选择性的同时,如何进一步提高催化剂的活性、以及对于放置一段时间的催化剂,如何恢复提高氨基苯乙烯的选择性是需要解决的问题。
发明内容
本发明涉及50~250℃还原的催化剂Pt/SnO2-Sb2O3,经适宜的条件热处理后,在无水乙醇中,催化硝基苯乙烯选择性加氢制备氨基苯乙烯的方法,热处理后催化剂的活性和选择性显著提高。
本发明采用的技术方案是:煅烧后的Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气或高纯氢中50~250℃还原1~5h、而后在空气氛围中80~150℃热处理2~132h或在室温放置15~120天、再于10% H2-N2混合气或高纯氢中50~100℃还原1~5h后,在无水乙醇中,催化硝基苯乙烯加氢制备氨基苯乙烯,无水乙醇与硝基苯乙烯的体积比为(5~50):1,硝基苯乙烯与催化剂的质量比为(1~10):1,拧紧反应釜,室温下高纯氮气吹扫5min,将反应釜加热至35~100℃,预热20min,加入1~6MPa H2,开启搅拌,反应至反应物接近或达到完全转化,得到氨基苯乙烯。
所述的硝基苯乙烯为3-硝基苯乙烯和4-硝基苯乙烯。
所述的Pt/SnO2-Sb2O3催化剂采用如下方法制备:将SnO2-Sb2O3粉末,在马弗炉空气氛围中250~450℃煅烧2~6h,采用浸渍法将一定量的氯铂酸溶液负载到上述煅烧后的SnO2-Sb2O3载体上,Pt的质量含量为0.5~1%,经80~120℃干燥8~12h、研磨、筛分,250~500℃煅烧3~6h。
所述的SnO2-Sb2O3粉末的Sn与Sb的摩尔比为(5~90):1。
本发明具有如下优点:(1)无水乙醇是环境可接受溶剂,避免了使用甲苯、四氢呋喃等有害溶剂对环境产生的污染。
(2)对比CN104974047B公开的催化剂Pt/SnO2-Sb2O3,经本方案热处理后的催化剂活性明显提高。
(3)解决了Pt/SnO2-Sb2O3催化剂放置过程中氨基苯乙烯选择性降低的问题,提出了恢复提高催化剂选择性的方法。
综上所述,采用Pt/SnO2-Sb2O3催化剂,在10% H2-N2混合气或高纯氢中50~250℃下还原1~5h、而后在空气氛围中80~150℃热处理2~132h或在室温放置15~120天、再于10% H2-N2混合气或高纯氢中50~100℃还原1~5h后,在无水乙醇中,催化硝基苯乙烯加氢制备氨基苯乙烯,是一种高效、安全和绿色环保的工艺过程。
具体实施方式
实施例1 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3经室温放置和热处理后催化3-硝基苯乙烯加氢
采用等体积浸渍法制备Pt/SnO2-Sb2O3催化剂,Pt的质量含量为0.5 wt%,Sn与Sb的摩尔比为9:1。
将催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,还原后的Pt/SnO2-Sb2O3在室温放置37天,再于10% H2-N2混合气中50℃还原2h,直接用于反应。将0.15g上述催化剂、10mL无水乙醇、0.26g 3-硝基苯乙烯加入50mL不锈钢反应釜中,拧紧反应釜,室温下用高纯N2吹扫5min。反应釜于50℃预热20min,充入4MPa H2,开启搅拌,反应1h,将反应釜冷却后,采用气相色谱分析反应产物。3-硝基苯乙烯转化率为100%,3-氨基苯乙烯选择性为92.8%。
对比例1 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3室温放置导致氨基苯乙烯选择性降低
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,还原后的Pt/SnO2-Sb2O3催化剂室温下放置94天,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为100%,3-氨基苯乙烯选择性为15.6%。
对比例2 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3催化3-硝基苯乙烯加氢
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为68.8%,3-氨基苯乙烯选择性为87.4%。
实施例2 50℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3经热处理后催化3-硝基苯乙烯加氢
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中50℃还原2h,100℃空气氛围处理36h,再于10% H2-N2混合气中50℃还原2h,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为99.8%,3-氨基苯乙烯选择性为95.2%。
对比例3 50℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3催化3-硝基苯乙烯加氢
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中50℃还原2h,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为92.2%,3-氨基苯乙烯选择性为88.8%。
实施例3 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3经热处理后催化3-硝基苯乙烯加氢
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,100℃空气氛围处理132h,再于10% H2-N2混合气中50℃还原2h,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为99.8%,3-氨基苯乙烯选择性为95.3%。
对比例4 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3经空气氛围热处理后催化3-硝基苯乙烯加氢
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,100℃空气氛围处理132h,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为100%,3-氨基苯乙烯选择性为81.9%。
实施例4 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3后续热处理步骤还原温度的影响
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,100℃空气氛围处理16h,再于10% H2-N2混合气中100℃还原2h,直接用于反应,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为 100%,3-氨基苯乙烯选择性为 93.2%。
对比例5 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3后续热处理步骤还原温度的影响
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,100℃空气氛围处理132h,再于10% H2-N2混合气中250℃还原2h,直接用于反应,无水乙醇5mL,反应1.5h,其他反应条件同实施例1。3-硝基苯乙烯转化率为48.3%,3-氨基苯乙烯选择性为89.5%。
实施例5 250℃还原的Pt/SnO2-Sb2O3经热处理后催化4-硝基苯乙烯加氢
催化剂还原前的制备过程同实施例1。Pt/SnO2-Sb2O3催化剂在10% H2-N2混合气中250℃还原2h,100℃空气氛围处理16h,再于10% H2-N2混合气中50℃还原2h,直接用于反应,其他反应条件同实施例1。4-硝基苯乙烯转化率为 99.1%,4-氨基苯乙烯选择性为 93%。

Claims (3)

1.一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性的方法,其特征在于,将煅烧后的Pt/SnO2-Sb2O3催化剂,在10% H2-N2混合气或高纯氢中50~250℃还原1~5h、而后在空气氛围中80~150℃热处理2~132h或在室温放置15~120天、再于10% H2-N2混合气或高纯氢中50~100℃还原1~5h后,在无水乙醇中,1~6MPa H2下35~100℃催化硝基苯乙烯加氢制备氨基苯乙烯;
所述的硝基苯乙烯为3-硝基苯乙烯和4-硝基苯乙烯;
所述的加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3,Pt的质量含量为0.5~1%,Sn与Sb的摩尔比为(5~90):1。
2.按照权利要求1所述的一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性的方法,其特征在于,所述的硝基苯乙烯加氢制备氨基苯乙烯,无水乙醇与硝基苯乙烯的体积比为(5~50):1,硝基苯乙烯与催化剂的质量比为(1~10):1。
3.按照权利要求1所述的一种提高硝基苯乙烯加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3活性和选择性的方法,其特征在于,所述的加氢催化剂Pt/SnO2-Sb2O3制备方法如下,采用浸渍法将一定量的氯铂酸溶液负载到SnO2-Sb2O3载体上,经80~120℃干燥8~12h、研磨、筛分,250~500℃煅烧3~6h。
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