[发明专利]CuO/ZnO复合纳米催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料及催化剂制备技术领域，涉及一种CuO/ZnO复合纳米催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

环氧化合物，作为化学的有机原料和中间体有着极其广泛的用途，可通过烯烃环氧化反应而得。由于过渡金属氧化物CuO的低能带隙而具有反应温度低、转化率高、催化剂易分离等优点，固CuO被广泛应用到此催化反应中。

但是，目前常用的商业CuO催化剂在稳定性、活性等方面的不足较大地限制了其应用，尤其CuO纳米粒子在高温高压下容易发生团聚，会导致催化剂活性大大降低甚至失活。

因此，目前存在的问题是需要研究开发一种能够显著提高CuO催化剂活性的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种CuO/ZnO复合纳米催化剂及其制备方法，该方法以碱式碳酸锌作为催化剂前驱体，以CuO作为活性组分制成，制成一种具有纳米介孔结构的催化剂。将该催化剂用于烯烃环氧化反应中表现出较高的活性和稳定性。

为此，本发明第一方面提供了一种CuO/ZnO复合纳米催化剂，其以碱式碳酸锌作为催化剂前驱体，以CuO作为活性组分制成，其中，所述碱式碳酸锌为片状结构的纳米球，具有孔径为10-30nm的介孔结构。

在本发明的一些实施例中，所述CuO/ZnO复合催化剂中CuO的摩尔含量为0.1-0.4。

本发明第二方面提供了一种CuO/ZnO复合纳米催化剂的制备方法，其包括：

步骤C，将碱式碳酸锌/铜源化合物混合液进行反应后，将沉淀洗涤、干燥制得CuO/ZnO复合纳米催化剂前体；

步骤D，对CuO/ZnO复合纳米催化剂前体进行煅烧处理，制得CuO/ZnO复合催化剂；

其中，所述碱式碳酸锌为具有疏松球形结构的纳米晶体。

本发明中，所述铜源化合物为固体粉末，其包括硝酸铜和/或氯化铜。

根据本发明方法，所述碱式碳酸锌/铜源化合物混合液由碱式碳酸锌分散于铜源化合物溶液制成或者由铜源化合物分散于碱式碳酸锌溶液混合制成。

在本发明的一些实施例中，所述铜源化合物溶液由铜源化合物溶于水制成。所述铜源化合物溶液的浓度为0.0033-0.0200mo l/L。

在本发明的另一些实施例中，所述碱式碳酸锌溶液是将碱式碳酸锌分散于水中制成；优选所述碱式碳酸锌溶液的浓度为0.033mo l/L；

根据本发明方法，在步骤B中，所述分散的方法为超声波分散法。

在本发明的一些实施例中，在所述碱式碳酸锌/铜源化合物混合液中，Cu元素和Zn元素的摩尔比分别为(0.1044-0.5667):1，优选为(0.2265-0.3058):1。

根据本发明方法，在步骤C中，所述反应为水热反应。

在本发明的一些实施例中，在步骤C中，所述反应的温度为80-150℃，优选为80-140℃。

在本发明的另一些实施例中，在步骤C中，所述反应的时间为4-14小时，优选为8-14小时。

根据本发明方法，在步骤C中，采用离心处理的方式对沉淀进行洗涤。

在本发明的一些实施例中，在步骤C中，洗涤的溶剂为水和/或乙醇。

在本发明的另一些实施例中，在步骤C中，干燥的温度为40-80℃，优选为50-80℃。

在本发明的又一些实施例中，在步骤C中，优选干燥的时间为4-24小时，优选为8-12小时。

本发明中，优选在步骤C中以300-500r/min的转速进行离心处理。

在本发明的一些实施例中，在步骤D中，所述煅烧的温度为100-500℃。

在本发明的另一些实施例中，在步骤D中，所述煅烧的时间为1-5小时，优选为1-3小时。

本发明第三方面提供了一种如本发明第一方面所述的CuO/ZnO复合纳米催化剂或如本发明第二方面所述的方法制备的CuO/ZnO复合纳米催化剂在烯烃环氧化反应中的应用。

本发明中，优选所述烯烃为环辛烯。