[发明专利]一种金属负载型催化剂电催化转化苯酚同时制备环己酮和苯醌的方法

说明书

本发明公开了一种金属负载型催化剂电催化转化苯酚同时制备环己酮和苯醌的方法。本发明方法包括如下步骤：以负载有金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料作为阴极催化剂，金属纳米颗粒中的金属为铂、铂的合金或混合物；以负载有金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料作为阳极催化剂，金属纳米颗粒中的金属为钌、钌的合金或混合物；通过耦合苯酚电催化转化的阴极还原和阳极氧化，在用质子交换膜分隔的H型电解池装置中分别在阴极和阳极得到环己酮和苯醌。本发明用电催化方式对苯酚资源化高效利用获得高纯度环己酮和苯醌，催化剂体系简单、绿色、环保，苯酚廉价易得，为苯酚大规模电催化转化利用提供了可能。

技术领域

本发明涉及一种金属负载型催化剂电催化转化苯酚同时制备环己酮和对苯醌的方法，属于生物质电催化转化制备高附加值化学品领域。

背景技术

环己酮是工业中不可或缺的大宗化学品，主要用于尼龙材料的己内酰胺和己二酸的合成。这些材料将进一步应用于汽车、建筑、消费品和电子产业等领域。苯醌是一种有价值的精细化学品，可作为聚合抑制剂、抗氧化剂、鞣剂、显影剂和合成药物、化妆品及染料的原料。目前，工业生产环己酮和苯醌主要是通过环己烷和苯胺的热化学氧化，面临的困难主要有反应可控程度低、能量损耗大、产物分离困难等。

木质纤维素是自然界中丰富的可再生碳资源，年产量约1700亿吨。苯酚可以从木质素单体中大量生产，这些单体能很轻易地从木质纤维素中分离出来。苯酚作为木质纤维素衍生的下游产品，是生产环己酮和苯醌的具备良好前景的原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属负载型催化剂电催化转化苯酚同时制备环己酮和苯醌的方法，该方法原料廉价易得，催化剂体系简单绿色、环保。

本发明提供的一种金属负载型催化剂电催化转化苯酚同时制备环己酮和苯醌的方法，包括如下步骤：

以负载有金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料作为阴极催化剂，金属纳米颗粒中的金属为铂、铂的合金或混合物；

以负载有金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料作为阳极催化剂，金属纳米颗粒中的金属为钌、钌的合金或混合物；

通过耦合苯酚电催化转化的阴极还原和阳极氧化，在用质子交换膜分隔的H型电解池装置中分别在阴极和阳极得到环己酮和苯醌。

作为实例，所述阴极催化剂中的金属为Pt、CuPt、CoPt、PdPt、FePt、NiPt、RuPt、MnPt或WPt；

作为实例，所述阳极催化剂中的金属为Ru、CoRu、CuRu、PdRu、FeRu、NiRu、RuPt、MnRu或WRu。

本发明中，所述硫掺杂介孔碳材料为具有介孔的硫掺杂型碳材料。所述负载有金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料采用本领域中公知的常用方法制备得到；具体采用常用的湿法浸渍制备所需催化剂，具体方法包括如下步骤：将金属前驱体(以金属铜铂和钴钌的前驱体为例)溶解在水中，将由聚合物惰气高温煅烧制备的硫掺杂介孔碳材料SMC分散在去离子水中，在超声搅拌状态下将金属前驱体水溶液缓慢滴入上述分散液中，干燥后在惰性气氛下煅烧得到所述负载有铜铂和钴钌双金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料。

上述的方法中，所述负载有金属纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料中，相应金属的负载量均可为所述硫掺杂介孔碳材料质量的0.5％～15％。

作为优选，所述阴极催化剂中的金属为CuPt；所述阳极催化剂中的金属为CoRu；

所述负载有铜铂纳米颗粒的硫掺杂介孔碳材料中，铜的负载量为所述硫掺杂介孔碳材料质量的1％～10％，具体为1％、2％、5％、8％，铂的负载量为所述硫掺杂介孔碳材料质量的0.5％～15％，具体可为2％、2.5％、5％、10％。