[发明专利]一种高效生产苯甲醛的纳米分子筛微反应器及制备方法

说明书

本发明是一种高效生产苯甲醛的纳米分子筛微反应器及制备方法，由柔性透明二氧化硅管微反应器以及在管内壁沉积有贵金属（铂、铱、金等）的沸石组成。所述纳米分子筛微反应器，由二氧化硅管通过微流控技术制得。所述纳米分子筛，通过连接剂将贵金属纳米颗粒负载于纳米分子筛获得。制备方法为：首先使用微量进给泵在柔性透明二氧化硅管壁上沉积羧基乙基硅烷三醇钠；再次通过还原法制得纳米贵金属胶体，并利用3‑巯丙基三甲氧基硅烷将其负载于纳米分子筛表面；最后在纳米分子筛‑贵金属催化剂表面沉积3‑氨基丙基三乙氧基硅烷，并使用微量进给泵将其沉积于柔性透明二氧化硅管微反应器内壁，负载结束后清洗并干燥管道内部，即可得到本微反应器。

技术领域

本发明涉及一种高效生产苯甲醛的纳米分子筛微反应器及制备方法，特别是涉及由柔性透明二氧化硅管以及在其管内壁沉积的纳米贵金属负载纳米分子筛所组成的新型催化型微反应器及制备方法，属于微流控技术领域。

背景技术

苯甲醛作为众多工业应用中必需的前驱物和中间物，可大量应用于农业化学、香水工业、制药工业等领域。然而，在传统生产苯甲醇的反应中，通常需要相当化学计量数的金属氧化物并且由此产生了大量的有害工业废物。针对传统方法的弱点，在非均相催化系统中使用环境友好型氧化剂如空气、氧气、双氧水等替代金属氧化物，使转化副产物低毒甚至无毒，是苯甲醇生产的一大目标。

纳米贵金属是一类已广泛应用的非均相反应催化剂。然而，纳米颗粒团聚效应导致其催化效率降低正严重影响其工业应用潜力。目前，将纳米贵金属进行高度分散负载正成为解决此类问题的主要手段。沸石具有特殊的空间几何结构和巨大的比表面积，是纳米贵金属理想的载体。表面负载有纳米贵金属的沸石不仅为非均相反应提供了更多的场所，其表面吸附效应也有助于提高催化能力。

微纳米尺寸的固态催化剂参与液相反应后很难从产物中被分离出来并循环使用。因此，有必要将催化剂固定而后再参与反应。近年来，微通道反应器由于其高比表面积、良好的可靠性及更精准的可操控性正逐渐在催化化学领域引起关注。在特殊设计的微纳米通道内表面上，通过沉积固态催化剂可使其具有催化性能。此系统中的催化剂不需要回收、可持续循环使用，并可保持高效率。

在微反应系统中沉积负载有催化剂的沸石将具有膜状催化剂及微缩效应的双重优势，可极大提高其在有机合成、转化中的催化能力，具有巨大的应用潜力。因此，本发明的目的不仅是设计和制备一套可以高效合成苯甲醛的微反应器，还希望发展出一种新的微流控表面处理及催化剂负载技术。本发明首先使用微流控技术在微通道表面进行含羧酸根基团聚合物的沉积；同时将合成的纳米贵金属胶体通过巯基连接剂负载于沸石表面，之后，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷沉积于贵金属负载的沸石表面；随后通过沸石表面氨基及微通道表面羧酸根基团的两性电子对结合将负载有贵金属的沸石沉积于微通道内壁，最终制备出高效生产苯甲醛的纳米分子筛微反应器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于：（1）一套可以高选择性氧化苯甲醇为苯甲醛的微反应器；（2）一种以微流控技术为核心的新型催化剂负载技术。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、本发明提供的高效生产苯甲醛的纳米分子筛微反应器包含柔性透明二氧化硅管微反应器以及在微通道内壁沉积有纳米贵金属负载的纳米分子筛。

高效生产苯甲醛的纳米分子筛微反应器的制备方法，包括如下步骤：

（1）首先选用柔性透明二氧化硅管为微反应器；

（2）将步骤（1）的柔性透明二氧化硅管与微量注射器和微量进给泵进行连接，将羧基乙基硅烷三醇钠泵入二氧化硅管进行沉积，反应结束后将柔性透明二氧化硅管清洗干净干燥备用；

（3）选用贵金属前驱体、硝酸银和柠檬酸三钠溶液在沸腾的超纯水中制得纳米贵金属胶体；所述的贵金属前驱体包括氯金酸、氯铂酸、氯铱酸中的一种或几种；