[發明專利]一種催化劑載體及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201610161410.3
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN107213886B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 郭勇;王艷芹;韓學旺;劉曉暉;張永光
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J23/42;B01J23/52;B01J35/10;C07D307/46
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉國平;顧映芬

本發明涉及催化劑領域，公開了一種催化劑載體及其制備方法和用途。本發明公開的催化劑載體為修飾有N的無定形碳，催化劑載體的比表面積為10?500m²/g，孔容為0.05?1.3cm³/g，平均孔徑為1.5?10nm。本發明還公開了一種制備催化劑載體的方法及由該方法制得的催化劑載體，該方法包括將含有碳源與氮源的原料依次進行晶化和碳化。本發明還公開了一種負載型催化劑，其含有上述催化劑載體和活性組分。此外，本發明還公開了上述催化劑載體和/或負載型催化劑在氧化5?羥甲基糠醛中的應用。本發明制得的催化劑載體能夠用于制備有效催化5?HMF氧化的催化劑，結構穩定，具有較好的抗水性能，可方便地實現工業化批量生產。

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體地，涉及一種催化劑載體及其制備方法和用途。

背景技術

近年來，全球對可再生資源的開發與利用產生濃厚的興趣。目前最主要的可再生能源包括：生物質能、地熱能、氫能、小水電、太陽能、風電、潮汐發電等，其中，生物質資源是最為豐富的可再生資源。

生物質經過預處理，可以得到葡萄糖和果糖等單糖，糖類進一步脫水后得到重要的平臺化合物—5-羥甲基糠醛(5-HMF)。5-HMF具有高活性的呋喃環、芳醇、芳醛的結構，是一種非常重要的平臺化合物，可以進一步加氫制備重要化學品，也可以氧化制備呋喃二甲酸(FDCA)。

FDCA可以作為合成聚酯類材料的初始原料。常用的寶特瓶材料PET是由石油中的對二甲苯氧化產物—對苯二甲酸所組成。FDCA具有與對苯二甲酸類似的結構，可以用于合成聚酯材料的原始化工原料。這樣就可以充分利用豐富的生物質資源，降低對化石資源的依賴，減少環境的污染。

對于如何綠色環保地把5-HMF氧化成FDCA，眾多研究者做了很多的工作。所涉及的催化劑主要有負載到不同載體上的貴金屬催化劑。

5-HMF氧化制備聚合物單體FDCA的反應通常在水相中反應，由于水相反應中底物5-HMF在酸性條件下易聚合，產物有機酸FDCA又微溶于水，所以反應體系中一般會加入NaOH、Na₂CO₃等堿性化合物來提供一個堿性環境。Rassp等研究了Pt–Bi/C體系用到5-HMF選擇性催化氧化制備FDCA。Davis等通過負載Pt或Au的催化劑來研究5-HMF在高pH值下氧化到FDCA的機理。Pasini等采用雙金屬催化劑Au-Cu/TiO₂催化分子氧氧化5-HMF，在優化條件下，FDCA收率高達99％。Gorbanev等嘗試用不同載體負載的Ru催化劑在水相體系中催化分子氧氧化5-HMF制得FDCA。但是均相堿的存在不但會腐蝕生產裝置，還造成了分離的困難，增加了成本。所以急需一種固體堿性催化劑載體。

碳材料可以作為催化劑載體用來負載貴金屬作為催化劑中心催化氧化還原反應，且鈀碳、鉑碳等催化劑已經作為成熟的商業催化劑應用于實際生產中。但通常的碳材料表面含氧羥基、羧基等酸性官能團，不適于作為5-HMF氧化制備FDCA的載體。

發明內容

本發明的目的是克服現有的碳材料不適于作為5-HMF氧化的催化劑載體的不足，提供一種能夠用于制備有效催化5-HMF氧化的催化劑的碳質催化劑載體及其制備方法和制備催化劑的用途。

因此，為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種催化劑載體，該催化劑載體為修飾有N的無定形碳，所述催化劑載體的比表面積為10-500m²/g，孔容為0.05-1.3cm³/g，平均孔徑為1.5-10nm。

第二方面，本發明提供了一種制備催化劑載體的方法，該方法包括：將含有碳源與氮源的原料依次進行晶化和碳化。

第三方面，本發明提供了一種由第二方面所述的方法制得的催化劑載體。

第四方面，本發明提供了一種負載型催化劑，該負載型催化劑含有上述催化劑載體和活性組分。