[发明专利]一种过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料及其制备方法和在催化氧化环烷烃合成环烷醇和环烷酮中的应用，属于工业催化和精细有机合成领域。所述制备方法为：将含樟树叶的枝条根部在过渡金属盐水溶液中浸渍后，进行碳化，经处理得过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料。将所得过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料应用于催化环烷烃，得到产物环烷基醇和环烷基酮。所述催化方法具有环烷基醇和环烷基酮选择性高、反应温度低、副产物少、环境影响小等优势。另外，本发明环烷基过氧化物含量低，安全系数高。本发明提供了一种高效、可行、安全的环烷烃选择性催化氧化合成环烷基醇和环烷基酮的方法。

技术领域

本发明涉及一种过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料及其制备方法和在催化氧化环烷烃合成环烷醇和环烷酮中的应用，属于工业催化和精细有机合成领域。

背景技术

环烷烃催化氧化是化学工业中一个十分重要的转化过程，其氧化产物环烷醇和环烷酮，不仅是重要的有机溶剂，也是重要的精细化工中间体，广泛应用于农药、医药、染料、表面活性剂、树脂等精细化工产品的合成，尤其是聚酰胺类纤维尼龙-6和尼龙-66的生产。目前，工业上环烷烃的催化氧化主要是以均相Co²⁺或Mn²⁺为催化剂，氧气(O₂)为氧化剂，在150℃～170℃下进行的，存在的主要问题是反应温度高，底物转化率低，目标产物选择性差，尤其是脂肪族二酸的生成难以抑制(Applied Catalysis A,General 2019,575:120-131；Catalysis Communications 2019,132:105809)。产生上述问题的主要根源为：(1)目前工业上O₂氧化环烷烃主要经历无序的自由基扩散历程；(2)氧化中间产物，环烷基过氧化氢以自由基热分解路径向目标氧化产物环烷醇和环烷酮转化，增加了反应体系的不可控性，降低了环烷基醇和环烷基酮的选择性。因此，有效控制O₂催化氧化环烷烃过程的自由基扩散，并催化转化氧化中间产物环烷基过氧化氢，将有利于环烷烃催化氧化选择性的提高，将是工业上环烷烃催化氧化领域一项十分新颖并且应用意义极大的工艺改进。

碳材料具有高度发达的孔隙结构、高比表面积和大孔容，这些性能使其在电化学、环保、催化等方面有广泛的应用。生物质原料可以通过碳化来制备碳材料，成本低廉，绿色环保，适合大规模的工业化生产，具有一定的工业应用价值。目前还没有将其应用于环烷烃催化氧化反应的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料及其制备方法，和其在分子氧氧化环烷烃的应用方法。过渡金属掺杂碳材料，不仅有利于过渡金属的高度分散，而且过渡金属负载强度高，稳定性好，不易流失。因此本发明基于过渡金属掺杂樟树叶制备碳材料，催化氧化环烷烃选择性合成环烷基醇和环烷基酮，不仅具有环烷基醇和环烷基酮选择性高，反应温度低，副产物少，环境影响小等优势，而且本发明所提供的方法环烷基氢过氧化物含量低，安全系数高，是一种高效、可行、安全的环烷烃选择性催化氧化合成环烷基醇和环烷基酮的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的目的之一是提供一种过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料的制备方法，所述制备方法如下：

(1)配制含有过渡金属的过渡金属盐溶液；

(2)将樟树叶的枝条根部置于步骤(1)的过渡金属盐溶液中预设时间，得到过渡金属掺杂樟树叶；

(3)取过渡金属掺杂樟树叶进行碳化，并进行处理后得到过渡金属掺杂樟树叶衍生碳材料。

进一步，所述步骤(1)中过渡金属为钴(II)、锰(II)、铁(II)、镍(II)、铜(II)、锌(II)中的一种或多种。