[发明专利]一种用于芳香醇空气氧化的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学催化技术领域，尤其涉及一种用于芳香醇空气氧化的催化剂及其制备方法。

背景技术

芳香醛是一种重要的化工原料和中间体，在医药、香料、高分子材料、添加剂以及电镀行业有广泛的用途。通过芳香醇选择性氧化合成相应芳香醛是化工合成中的重要过程，也是芳香醛的主要来源。近年来，很多工作针对此展开并取得一定的成果，前期所选用的催化剂主要为贵金属催化剂如钌、铂、金和铑等并在高温条件下(450-700℃)合成(USP3692840，Ger offen2920678)。随着材料科学和化学工艺的发展，人们发现选用贵金属在一定压力下可以实现液相合成，但需要一些常会用氧化剂的辅助(GB P2103615，USP3769325)。近期(CN86103821A)报道了一种负载型钯基催化剂，可以实现纯氧气氛围条件下的芳香醇选择性氧化制备芳香醛。尽管如此，贵金属催化剂高昂的催化剂制作成本、易中毒的弊端以及容易发生过度氧化等特点大大限制了其在该领域的应用发展。为了突破贵金属高昂的成本，很多人探索其他的催化剂体系和催化工艺。CN102719844A就报到了选用离子液体作为催化剂并在超临界CO₂环境中通过恒电压点解芳香醇实现了非常高的转化率和极高的产物选择性。但是只能均相完成的工艺大大增加了分离提纯的难度且苛刻的反应条件只能在学术层面实施，工业应用的难度极大。因此，探索合成成本低廉，易于制备且反应过程温和的催化剂和反应工艺具有很大意义。CN86103821A报道了利用价廉易得的钨和钼为活性组分也可以实现芳香醇的选择性氧化，尽管如此，该催化剂还是要在过氧化氢或叔丁基过氧化氢的存在下才能有效氧化芳香醇，不符合循环经济和绿色化学的要求。

贵金属催化剂高昂的催化剂制作成本、易中毒的弊端以及容易发生过度氧化等特点大大限制了其在该领域的应用发展。超临界或均相反应工艺大大增加了分离提纯的难度且苛刻的反应条件只能在学术层面实施，工业应用的难度极大。CN86103821A报道的催化剂要在过氧化氢或叔丁基过氧化氢的存在下才能有效氧化芳香醇，不符合循环经济和绿色化学的要求。

发明内容

本发明提供了一种用于芳香醇空气氧化的催化剂及其制备方法。

本发明采取的技术方案是：

本发明中用于芳香醇空气氧化的催化剂是由多孔碳载体和氧化铁纳米粒子活性组分组成，该催化剂通过绿色环保的反应工艺实现芳香醇的高选择性氧化。

氧化铁的负载量为0.1wt％-20wt％，优选为2wt％-8wt％。氧化铁物种为FeO、α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃、ε-Fe₂O₃和Fe₃O₄中的一种或几种的混合物。

多孔碳载体为活性炭、介孔碳、碳纳米管、石墨氧化物、石墨烯中的至少一种。优选为有序介孔碳。

多孔碳载体使用前可以使用2-6M硝酸于40-80℃活化3-6h。

本发明的催化剂的制备方法具体步骤如下：

(1)根据催化剂的组分配比称取多孔碳载体和铁前躯体，铁前躯体加入到蒸馏水中，待充分溶解后加入多孔碳载体；

(2)将上述混合物搅拌3-6h后转移至烘箱中干燥，干燥温度为80-120℃，干燥时间为8-12h；

(3)最后将上述混合物于氮气或氩气氛围中200-800℃焙烧，焙烧时间为2-6h。

步骤(1)中，多孔碳载体使用前可以使用1-6M硝酸于25-100℃活化6h。优选：多孔碳载体浸渍前使用3-4M硝酸于50-80℃活化6h。

步骤(1)中，铁前躯体为硝酸铁、醋酸铁、柠檬酸铁、氯化铁、硫酸亚铁，氯化亚铁等铁的可溶盐中的一种或几种的混合物。

步骤(3)中，焙烧温度优选为400-600℃。

本发明的积极效果如下：