[发明专利]活性炭负载纳米金催化剂及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金催化剂及其制备方法，具体是一种新的活性炭负载纳米金催化剂及其制备方法，还涉及所述催化剂在葡萄糖选择氧化制葡萄糖酸及其盐类中的新用途。

背景技术

作为葡萄糖的深加工产品，葡萄糖酸及其衍生物，如葡萄糖酸盐、葡萄糖酸内酯等，已经被广泛用于食品、轻工、化工、医药等诸多领域。以葡萄糖酸钠为例，早在上世纪50年代，美国、日本等国就开始大规模生产。上世纪七八十年代我国开始发展该行业，现在已步入快速发展期，从2003至2009年葡萄糖酸钠行业产量保持了年33.14%的复合增长率，目前我国已成为全球最重要的的葡萄糖酸钠生产国和出口国。截止2010年，我国葡萄糖酸钠总产能在57万吨左右，但大部分集中于附加值比较低的工业应用领域。因此，生产高端葡萄糖酸盐，特别是应用于食品、医药等领域的高附加值产品，仍具有广阔的发展空间和应用潜力。

目前葡萄糖酸盐的生产方法主要是：生物发酵法、电解氧化法、均相化学氧化法以及多相催化氧化法。其中，生物发酵法对生产过程的要求苛刻，发酵周期长，产品纯度低，后续精制成本高，还存在菌种培养、选育以及副产物控制、废水处理等一系列问题，经济效益欠佳。电解氧化法能耗大，成本高，现仍处于实验阶段。均相化学氧化法包括次氯酸钠氧化法和过氧化氢氧化法，其主要缺点是反应条件苛刻，反应副产物多，产品分离困难，且对环境污染严重，不适合大规模发展。相比其它方法，多相催化氧化法具有产率高，副产物少，反应条件相对温和、产品易于分离等优点，是众多方法中较为先进的一种。

目前工业应用的多相催化氧化法，一般使用以铂系贵金属为主的催化剂，主要有Pt/C、Pd/C和Pd-Bi/C等（GB 1208101, JP 8007230, US 4843173, US 5132452）。该类催化剂普遍存在催化剂用量大，失活快，贵金属流失严重等缺陷，且反应中生成的葡萄糖酸会对催化剂活性组分产生浸蚀，造成Pd、Bi等有害重金属进入产物，影响产品质量，降低其经济价值。

纳米金催化剂以其优越的低温活性、高选择性和化学惰性，已逐渐引起人们的兴趣。在我国，金催化剂在葡萄糖氧化方面已有一定的研究探索。朱明乔等（CN 102259024）采用钛硅分子筛为载体制备了纳米金催化剂，并用于葡萄糖氧化反应研究，取得了较好结果，但催化剂制备工艺相对复杂，分子筛作载体成本较高，且耐酸、碱能力较差，不利于大规模应用。

需要指出的是，对于葡萄糖氧化反应而言，整个反应体系pH值大约在5~10范围内调变，要求所用催化剂，特别是其载体具备足够的耐酸、碱能力。众所周知，碳材料具有很好的耐酸碱能力，逐渐成为人们关注的对象。郝郑平等（CN 101805256）制备了介孔碳负载的金催化剂，在葡萄糖氧化反应中表现出很好的活性，但所用介孔碳载体存在制备工艺复杂，成本高的缺点。董守安等（ZL 200410040205.9）采用光还原法制备金溶胶，并用之制备活性炭负载金颗粒催化剂，但对光源选择有一定要求，制备条件相对苛刻，且工艺中部分反应需在较高温度下才能实现，增加了能耗，大规模生产有难度。张彭义等（ZL 201010107299.2）利用有机酸(如富马酸、天冬氨酸、或碘乙酸)作保护剂得到金溶胶，之后加入活性炭吸附，制备了活性炭载纳米金催化剂，用于臭氧分解反应，效果较好，但所用有机保护剂通过简单水洗一般较难除去，且催化剂制备过程中需经过高温焙烧，增加了能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供活性炭负载纳米金催化剂及其制备和应用方法，该方法中，经过处理的活性炭能够实现金溶胶中金组分的完全吸附，负载后的纳米金颗粒尺寸小，且分布均匀，以提高金的利用率；整个制备过程简单易行，无需高温还原，不产生污染，并且在利用本发明的催化剂进行葡萄糖酸及其盐类的制备时，具有反应条件温和，转化率高，催化剂用量少，寿命长和性能稳定的特点。

本发明的技术方案如下：

一种活性炭负载纳米金催化剂，其特征在于，它由作为活性组分Au和作为载体的活性炭组成，其中Au的质量百分含量为0.5~5%，余量为活性炭；

所载Au颗粒的粒度为２~10 nm；

所用的活性炭经过如下步骤的预处理：

1）、将活性炭加入到质量浓度为20~40%的稀硝酸中，混合均匀后加热至沸腾、回流，并保持回流4~8 h；活性炭与稀硝酸的用量体积比为1: 2~10；

2）、将步骤1）得到的活性炭过滤、洗涤，直至滤出液pH值为中性，干燥备用。

活性炭负载纳米金催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：