[發(fā)明專利]一種可用于液相加氫的三維結(jié)構(gòu)石墨烯組裝體催化劑的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710783337.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN107597103B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旭;范秋雨;杜中田;馬思瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/42
• 分類號(hào): B01J23/42;B01J23/44;B01J23/46;C07C209/36;C07C211/52;C07C5/09;C07C15/46
• 代理公司: 21200 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種可用于液相加氫的的三維結(jié)構(gòu)石墨烯組裝體催化劑的制備方法及其應(yīng)用。催化劑以通過自組裝方式形成的具有三維結(jié)構(gòu)石墨烯組裝體為載體，載體上負(fù)載貴金屬納米顆粒，負(fù)載量為0.8～6wt.％。所述方法是利用吡啶為誘導(dǎo)劑，聚苯乙烯小球?yàn)槟０鍎谝欢囟认抡T導(dǎo)氧化石墨烯還原自組裝成具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯組裝體，并采用浸漬法將貴金屬前軀體負(fù)載到石墨烯組裝體上，經(jīng)過還原，得到石墨烯組裝體催化劑。本發(fā)明的效果和益處是：制備工藝路線簡(jiǎn)單，易于批量生產(chǎn)，催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且可控，易于回收。作為加氫催化劑，在苯乙炔加氫以及氯代硝基苯加氫有著良好的催化行為。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可用于液相加氫的三維結(jié)構(gòu)石墨烯組裝體催化劑的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

2004年Geim等人發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，，備受世界各國(guó)學(xué)者的關(guān)注。石墨烯具有獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì)，如較大的比表面積、較高的強(qiáng)度等。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，如此小的片層尺度，使得石墨烯在應(yīng)用過程中，在可操控性上難度較大。因此，如何擴(kuò)展其應(yīng)用，是擺在科學(xué)家面前的一大課題。

在催化領(lǐng)域，將金屬顆粒催化劑負(fù)載到粉末狀載體上在工業(yè)反應(yīng)中面臨著污染產(chǎn)物以及成本高、回收難等問題，為了解決這些問題，工業(yè)上通常采用成型催化劑。但催化劑的成型通常需要使用粘結(jié)劑等外加材料，這就可能帶來催化劑孔道結(jié)構(gòu)的堵塞甚至污染產(chǎn)物等一系列問題。于此同時(shí)，二維的石墨烯易于通過層間的共軛作用組裝三維結(jié)構(gòu)的石墨烯組裝體，則較好的解決了粘結(jié)劑的使用問題。早在2010年，清華大學(xué)的石高全教授課題組便通過水熱方式成功的制備出了石墨烯組裝體(Shi Gaoquan et al.，ACS Nano 2010,4:4324)。大連理工大學(xué)邱介山教授課題組以乙二胺為誘導(dǎo)劑成功的制備了超輕且具有優(yōu)異壓縮回彈性能的石墨烯組裝體(Qiu Jieshan et al.Advanced Materials,2013,25:2219)。而具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯組裝體既可以繼承石墨烯的優(yōu)異特性又可以獲得部分氣凝膠的良好性能，如孔隙率高以及獨(dú)特的機(jī)械性能等特點(diǎn)，可以作為一種理想的催化劑載體。吡啶是一類具有芳香結(jié)構(gòu)的水溶性有機(jī)物，可以作為誘導(dǎo)劑通過共軛制備出具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯組裝體，于此同時(shí)，可以采用不同直徑、不同質(zhì)量比例的聚苯乙烯(PS)小球調(diào)控石墨烯組裝體的孔結(jié)構(gòu)，隨后以其為載體通過浸漬法負(fù)載貴金屬催化劑應(yīng)用于液相加氫反應(yīng)中，有效的解決了粉末催化劑回收難等問題，于此同時(shí)也避免了粘結(jié)劑的使用對(duì)催化性能以及產(chǎn)物純度的影響。本發(fā)明為石墨烯的利用提供了一個(gè)新的方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在于提供了一種可用于液相加氫的三維結(jié)構(gòu)石墨烯組裝體催化劑及其制備方法。該材料具有良好的加氫性能，應(yīng)用前景廣泛。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種石墨烯組裝體負(fù)載型催化劑，以三維結(jié)構(gòu)的石墨烯組裝體為載體，載體孔結(jié)構(gòu)通過模板劑PS小球的大小和用量進(jìn)行調(diào)控，催化劑中所負(fù)載的作為加氫催化劑的貴金屬量為0.8～6wt.％；

具體步驟如下：

a.將吡啶、PS小球和氧化石墨烯按質(zhì)量比0.5～20：0.1～4：1混合，并配置成水溶液；其中，氧化石墨烯的濃度為1-4mg/ml；

b.將上述水溶液在95～180℃溫度下水熱反應(yīng)12～48h，獲得含有PS小球的石墨烯組裝體；石墨烯組裝體的孔結(jié)構(gòu)通過PS小球進(jìn)行調(diào)控；

c.將含有PS小球的石墨烯組裝體在500～900℃溫度條件下處理1h以上，除去PS小球；

d.以獲得的石墨烯組裝體為載體浸漬到含有貴金屬前軀體的溶液中，使得催化劑的擔(dān)載量為0.8％～6wt.％，并用100～400℃氫氣進(jìn)行還原，還原溫度為100～400℃，時(shí)間為2h；得到三維結(jié)構(gòu)石墨烯組裝體催化劑。