[发明专利]镶嵌在碳材料中的碱催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体地说，是涉及一种镶嵌在碳材料中的碱催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

催化剂的活性、选择性以及稳定性是催化剂设计时重点考虑的因素。将催化活性中心高分散地负载在高比表面积载体上不仅能提高催化活性，更重要的是可以改善催化剂稳定性。制备负载型催化剂最常用的方法为湿式浸渍法，大多数工业应用的碱催化剂是以这个方法进行制备的。然而，碱催化剂的活性中心通常与载体相互作用较弱，通过普通的湿式浸渍法制得的碱催化剂在使用过程中会发生活性位的团聚，导致催化活性降低，最终造成催化剂失活。因此，如何解决碱催化活性中心的稳定性是当前工业催化界急需解决的问题。

近年来，随着介孔分子筛，尤其是大孔径介孔分子筛的发展，以其作无机模板反向复制合成介孔结构材料的报道越来越多。由于介孔氧化硅具有丰富的拓扑结构、可调的孔径和简便的合成方法，被越来越多的研究者用作反向复制合成介孔材料的模板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镶嵌在碳材料中的碱催化剂及其制备方法，为现有碱催化剂领域增添一类新品种。

本发明另一个目的是为了提供上述这种催化剂的用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

本发明涉及一种高稳定碱催化剂，所述高稳定碱催化剂的载体为碳材料，活性组分为镶嵌在所述碳材料中的碱金属碳酸盐纳米颗粒。

本发明还涉及一种高稳定碱催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、在0～30℃下将介孔材料加入碱金属碳酸盐水溶液中，超声处理40～80分钟；干燥后在空气中400～500℃下焙烧10～15小时，得介孔材料/碱金属碳酸盐颗粒；

S2、将所述介孔材料/碱金属碳酸盐颗粒和碳水化合物以450～550rpm的速度球磨40～80分钟后，100～140℃干燥焙烧1～3小时，再在氮气中500～800℃焙烧3～5小时；

S3、在步骤S2焙烧后得到的固体加入刻蚀液中，刻蚀完成后于100～140℃干燥10～14小时，即得所述高稳定碱催化剂。

优选的，步骤S1中，所述介孔材料为介孔二氧化硅或介孔二氧化钛。

优选的，步骤S1中，所述碱金属碳酸盐水溶液中碱金属碳酸盐的浓度为0.01～1.0mol/L。

优选的，步骤S1中，所述介孔材料与碱金属碳酸盐的用量比为1g:0.00002～0.002mol。

优选的，步骤S2中，所述介孔材料/碱金属碳酸盐颗粒和碳水化合物的质量比为1:1～5。更优选为1:2.2。

优选的，所述碳水化合物选自果糖、葡萄糖中的一种或多种。

优选的，步骤S3中，所述刻蚀液为NaOH的乙醇溶液。

优选的，所述NaOH的乙醇溶液中NaOH的浓度为1～5mol/L；所述介孔材料/碱金属碳酸盐颗粒和NaOH的乙醇溶液的用量比为1g:100～500ml。更优选，所述NaOH的乙醇溶液中NaOH的浓度为4mol/L；所述介孔材料/碱金属碳酸盐颗粒和NaOH的乙醇溶液的用量比为1g:312.5ml。

优选的，步骤S3中，所述刻蚀是在70～90℃下搅拌4～6小时完成的。

本发明还涉及一种高稳定碱催化剂在用作草酸二酯脱羰制碳酸二酯催化剂中的用途。

优选的，所述草酸二酯包括草酸二甲酯、草酸二乙酯和草酸二苯酯。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明创新性地将碱催化剂预先高分散在介孔模板孔道内，再向介孔模板孔道内进行灌注碳材料，去除介孔模板后制得镶嵌在碳材料中的碱催化剂，在催化上比普通负载的碱催化剂表现出更好的催化稳定性。

2)本发明的碱催化剂作为草酸二酯脱羰制碳酸二酯催化剂，不仅催化性能优于碱金属碳酸盐，而且催化剂的寿命远长于普通负载型碱金属碳酸盐。

附图说明

图1为Rb₂CO₃Carbon的TEM示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。实施例仅为举例说明本发明，本发明并不局限于此。

本发明实施例中所用试剂均为化学纯。

实施例1