[发明专利]氧化碳基材料、碳基材料的氧化方法及环烃的催化氧化方法

说明书

本公开涉及一种氧化碳基材料、碳基材料的氧化方法及环烃的催化氧化方法，所述环烃的催化氧化方法包括：使环烃和氧化剂在催化剂的存在下进行接触反应，其中，所述催化剂含有氧化碳基材料。本公开采用特殊的氧化碳基材料催化环烃的氧化反应，能够在温和的条件下实现对环烃的选择性氧化，产物中酮类和二元羧酸类的选择性高。

技术领域

本公开涉及一种氧化碳基材料、碳基材料的氧化方法及环烃的催化氧化方法。

背景技术

碳基材料包括碳纳米管、活性炭、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维、纳米金刚石等等。纳米碳催化的科学研究始于上世纪90年代。研究表明，纳米碳材料(纳米碳管和石墨稀为主)的表面化学性质可以进行灵活调控，可在其表面上修饰含氧、氮等杂原子的饱和及非饱和官能团，使之具备一定的酸碱性质和氧化还原能力，从而直接作为催化剂材料使用。研究和开发与富勒烯(碳纳米管)有关的催化新材料，拓宽其在石油化工、精细化工等领域的应用具有深远的理论意义和巨大的潜在应用前景。

发明内容

本公开的目的是提供一种氧化碳基材料、碳基材料的氧化方法及环烃的催化氧化方法，该氧化碳基材料对环烃的选择性氧化具有优异的催化性能。

为了实现上述目的，本公开第一方面：提供一种氧化碳基材料，其特征在于，以氧化碳基材料的总重量为基准，所述氧化碳基材料的氧含量小于等于30重量％，碳含量大于等于65重量％；所述氧化碳基材料的平均颗粒尺寸为3～5000nm；

所述氧化碳基材料中，颗粒尺寸在3～20nm的颗粒的重量占所述氧化碳基材料总重量的比例为0.1～50％，优选为1～20％。

本公开第二方面：提供一种碳基材料的氧化方法，该方法包括以下步骤：

a、将碳源、无机酸和有机酸混合后在20～300℃优选50～200℃下反应0.1～72h优选1～24h，然后干燥，得到固体物料；

b、将步骤a得到的所述固体物料在保护气氛下焙烧；

所述碳源为焦炭、石墨或活性炭，或者它们中的两种或三种的组合。

可选地，步骤a中，所述碳源、无机酸和有机酸的重量比为1：(0.1～10)：(0.1～10)，优选为1：(0.2～5)：(0.2～5)；

所述无机酸为硝酸、硫酸、高氯酸或磷酸，或者它们中的两种或三种的组合；

所述有机酸为柠檬酸、苹果酸、谷氨酸、环烷酸、葡萄酸、草酸、琥珀酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、水杨酸、酒石酸、抗坏血酸、肉桂酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸、土槿皮酸、绿原酸、丙酮酸、丁酮酸、乳酸、山梨酸或延胡索酸等，或者它们中的两种或三种的组合。

可选地，步骤b中，所述保护气氛为氮气气氛、氦气气氛、氩气气氛或氖气气氛；

所述焙烧的条件为：温度为300～1200℃，优选为400～800℃，时间为1～48h，优选为2～24h。

本公开第三方面：提供由本公开第二方面所述的方法制备得到的氧化碳基材料。

本公开第四方面：提供一种环烃的催化氧化方法，该方法包括：使环烃和氧化剂在催化剂的存在下进行接触反应，其中，所述催化剂含有本公开第一方面或第三方面所述的氧化碳基材料。

可选地，所述反应在浆态床反应器中进行，以10mL所述环烃为基准，所述催化剂的用量为10～100mg，优选为20～60mg。

可选地，所述反应在固定床反应器中进行，所述环烃的重时空速为0.01～10h^-1，优选为0.05～2h^-1。

可选地，该方法还包括：所述反应在引发剂的存在下进行；所述引发剂为叔丁基过氧化氢、异丙苯基过氧化氢、乙苯过氧化氢或过氧丙酸，或者它们中的两种或三种的组合；