[发明专利]Co/3DNG催化剂制备及应用于催化氧化木质素及其β-O-4模型化合物方法

说明书

一种Co/3DNG催化剂制备及应用于催化氧化木质素及其β‑O‑4模型化合物方法，通过将氧化石墨烯(GO)分散液与氨水混合并经水热得到三维氮掺杂石墨烯(3DNG)后，将3DNG浸渍于Co盐溶液中，再将浸渍产物冷冻干燥并高温裂解制备得到Co/3DNG。本发明用于催化木质素及其β‑O‑4模型化合物氧化解聚，在不添加任何无机碱的条件下，该催化剂表现出了优异的催化活性和选择性。

技术领域

本发明涉及的是催化剂制备和生物质转化领域的技术，具体是一种利用水热-浸渍-热解法制备三维氮掺杂石墨烯负载钴纳米粒子(Co/3DNG)催化剂及其在木质素及其β-O-4模型化合物氧化转化中的应用。

背景技术

木质素是自然界中储量仅次于纤维素、且含有天然芳香环结构的生物质资源，可以通过氧化解聚得到多官能团的单体化合物，为有机化工和制药工业提供官能化的单体和低聚物原料。多年来人们致力于通过选择合适的催化剂，打断β-O-4连接结构，从而实现木质素的高附加利用。现有的木质素及其β-O-4模型化合物催化氧化解聚中，非金属钴基催化剂具有成本低，资源丰富等优点，以及在碱性条件下相对较好的耐腐蚀性能，有望成为潜在的催化木质素氧化降解的催化剂之一。Luo等人(Luo H.,Wang L.,Li G.,et al.Nitrogen-doped carbon-modified cobalt-nanoparticle-catalyzed oxidative cleavage ofligninβ-O-4model compounds under mild Conditions[J].ACS Sustainable Chem.Eng，2018,6：14188-14196.)通过裂解负载于活性炭上的维生素B12制备得到氮掺杂碳材料负载Co纳米粒子催化剂，该催化剂在添加无机碱K₂CO₃作为助剂的条件下，对β-O-4模型化合物(2-苯氧基-1-苯乙醇)的催化氧化表现出良好的催化活性，β-O-4模型化合物转化率和产物苯酚产率为96％。然而，该在不添加K₂CO₃的条件下，β-O-4模型化合物转化率和苯酚产率仅为19％。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足和缺点，提出一种Co/3DNG催化剂制备及应用于催化氧化木质素及其β-O-4模型化合物方法，在不添加任何无机碱的条件下进行木质素及其β-O-4模型化合物氧化解聚，表现出了优异的催化活性和选择性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种Co/3DNG催化剂的制备方法，通过将氧化石墨烯(GO)分散液与氨水混合并经水热得到三维氮掺杂石墨烯(3DNG)后，将3DNG浸渍于Co盐溶液中，再将浸渍产物冷冻干燥并高温裂解制备得到Co/3DNG。

所述的氧化石墨烯分散液浓度为2-5mg/mL，用量为20mL。

所述的氨水浓度为25-28％，氨水用量与氧化石墨烯比例为(0.5-2)mL:(40-100)mg。

所述的水热，具体为：将GO分散液、氨水依次加热水釜并充分搅拌，再将水热釜转移至烘箱，加热至180℃并保温12h后自然冷却至室温。

所述的水热，优选在冷却后将产物体系离心分离，并用去离子水洗涤至pH＝7。

所述的浸渍，具体为：将去离子水和无水乙醇依次加入钴盐中并充分搅拌，再将3DNG浸入溶液中静置2-24h。

所述的浸渍，优选时间12-24h。

所述的浸渍，优选在静置后将产物体系离心分离，并用去乙醇和离子水交替洗涤，优选为交替洗涤3次。

所述的去离子水和无水乙醇的体积比为1:0-1:7，优选为1:0-1:3。