[发明专利]一种催化氧化还原反应的改性碳基材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种改性碳基材料在催化氧化还原反应中的应用，其特征在于，所述改性碳基材料的制备包括步骤：将含碳原料依次进行破碎、筛分、高温炭化、物理活化，得到碳基材料；然后将所述碳基材料进行碱处理和金属及金属氧化物负载，得到改性碳基材料；

所述碳基材料的制备具体包括步骤：将含碳原料进行机械破碎，然后筛分得到粒径为30～500μm的颗粒；将所述颗粒在400～800℃高温炭化0.3～8小时，再在600～950℃物理活化0.4～24小时，得到所述碳基材料；

将所述碳基材料进行碱处理具体包括步骤：将所述碳基材料加入碱性溶液后浸泡；将浸泡后的碳基材料水洗至中性，然后60～120℃干燥3～6小时；其中，所述碱性溶液选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氨水溶液中的一种或多种，所述碱性溶液的浓度为1～8mol/L；所述浸泡的温度为20～80℃，所述浸泡的时间为4～24小时；所述水为去离子水；

将所述碳基材料进行金属及金属氧化物负载具体包括步骤：将所述碳基材料加至硝酸铜溶液中，静置预设时间后，45～80℃加热搅拌均匀，然后调节pH值至7～10，缓慢加入0.1～1mol/L的还原剂溶液；加入完毕后反应10～45分钟，蒸发过量水分后，45～80℃真空干燥2～5小时，然后300～400℃焙烧2～4小时；

在将所述碳基材料加至硝酸铜溶液中得到的混合物静置预设时间后，45～80℃加热搅拌前，还包括在混合物中加入水的步骤；所述水的加入量为所述硝酸铜溶液体积的30～100％；

所述硝酸铜溶液和所述碳基材料的体积比为(1～1.3):1，硝酸铜溶液浓度按照碳基材料与硝酸铜的质量比为(3.13～42.6):1配置；所述静置的时间为6～48小时；所述调节pH值采用的试剂为氢氧化钠；所述还原剂选自亚硫酸盐、葡萄糖、抗坏血酸、水合肼和硼氢化钠中的一种或几种；所述还原剂的加入摩尔量是硝酸铜的摩尔量的1～3倍；所述焙烧在绝氧的条件下进行，氮气气氛中或含2～15％氢气的标准气中；并且

所述氧化还原反应包括：烟气干法脱硝反应、湿法Fe(II)EDTA络合脱硝反应、醇类化合物非均相制备醛类化合物和醇类化合物非均相制备酮类化合物；其中，所述醇类化合物非均相制备醛类化合物为苯甲醇部分氧化制备苯甲醛；所述醇类化合物非均相制备酮类化合物为1,6-环己二醇催化还原制备1,6-环己二酮。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述改性碳基材料的制备中，所述含碳原料选自无烟煤、长焰煤、褐煤、兰炭、木屑、椰壳和果壳中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的的应用，其特征在于，所述改性碳基材料的制备中，

在将所述碳基材料进行金属及金属氧化物负载之前，还包括将所述碳基材料进行水洗并干燥的步骤：将所述碳基材料放入等体积的水中搅拌0.5～2小时，过滤后重复清洗多次为三次，然后将过滤得到的固体60～120℃干燥3～6小时。

4.权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于：所述改性碳基材料的颗粒粒径为30～500μm，BET比表面积为150～1000m²/g，漂浮率小于3％，着火点为400～580℃，等电点为5.5～8.5，灰分比重为6％～20％，金属负载率为5％，所述金属为铜；所述改性碳基材料在使用后可进行再生后循环利用，再生得率不低于95％。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氧化还原反应结束后，对改性碳基材料进行分离再生的方法包括步骤：将所述氧化还原反应结束后过滤分离的样品60～120℃干燥3～6小时，再以500～800℃焙烧3～5小时；在所述焙烧得到的产物中加入10～100％碳基材料体积的水，45～80℃加热搅拌均匀，调节pH值至7～10，缓慢加入0.1～1mol/L的还原剂溶液；

加入完毕后反应30～90分钟，蒸发过量水分后，45～80℃真空干燥2～5小时，然后在绝氧的条件为氮气气氛保护条件下，300～400℃焙烧2～5小时；

其中，所述还原剂选自亚硫酸盐、葡萄糖、抗坏血酸、水合肼和硼氢化钠中的一种或几种。