[發(fā)明專利]一種C3N4載酸堿雙功能MOFs基復(fù)合催化劑及其制備方法和用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810081496.8
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108435253A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)评?/a>;金佩;趙嬌嬌;王凱;劉猛
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J37/24;B01J35/10;B01J37/10;C07D307/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于固體復(fù)合催化劑領(lǐng)域，提供了一種C₃N₄載酸堿雙功能金屬有機(jī)骨架(MOFs)基復(fù)合催化劑及其制備方法和用途，制備步驟如下：將氮化碳和鹽酸多巴胺溶于事先配制的三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾，洗滌，干燥，得到C₃N₄@PDA；將鋯鹽，2?氨基對苯二甲酸以及2?磺酸基對苯二甲酸單鈉溶解于弱酸性溶液中，超聲分散，再將C₃N₄@PDA加入混合體系中，震蕩混合，在水浴中反應(yīng)；反應(yīng)后的產(chǎn)物離心收集，洗滌；過濾，真空干燥，得到氮化碳載酸堿雙功能MOFs基復(fù)合催化劑。該產(chǎn)品具有多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，有助于葡萄糖分子的吸附以促進(jìn)異構(gòu)化過程和脫水反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體復(fù)合催化劑領(lǐng)域，尤其是氮化碳載酸堿雙功能金屬有機(jī)骨架(MOFs)基復(fù)合催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

5-羥甲基糠醛(5-HMF)，一種分子中含呋喃環(huán)、羥基和醛基的生物質(zhì)基平臺化合物，它化學(xué)性質(zhì)活潑，可以通過氧化、氫化和縮合等反應(yīng)生成眾多化學(xué)品，這些化學(xué)品在醫(yī)藥、農(nóng)藥、活性劑、光電材料等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。因此它的研究以及在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用使其在生物質(zhì)能源替代以煤、石油和天然氣為代表的傳統(tǒng)化石能源，解決日益增長的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。

5-HMF通常由纖維素、葡萄糖或果糖脫水生成。其中，雖然果糖是生產(chǎn)5-HMF工藝過程中最理想的生物質(zhì)類原料，但是果糖的原料成本高，不利于5-HMF的大批量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。而來源廣泛、儲量豐富的纖維素由于在生產(chǎn)過程中5-HMF產(chǎn)率低、副產(chǎn)物多等缺點(diǎn)限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。相較于纖維素和果糖，葡萄糖因其價(jià)格低廉，儲量豐富且轉(zhuǎn)化產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛研究者的關(guān)注。葡萄糖轉(zhuǎn)化成為5-HMF過程中，催化劑扮演著非常重要的角色，因此，迫切需要尋求一種高效、清潔的催化劑以提高5-HMF的產(chǎn)率和降低副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

葡萄糖轉(zhuǎn)化成5-HMF過程主要分為葡萄糖的異構(gòu)化過程和果糖的脫水過程。目前，大量研究表明催化劑中的酸性位點(diǎn)對于果糖的脫水過程有著明顯的催化作用，而堿性位點(diǎn)則有利于葡萄糖的異構(gòu)化過程，因此，設(shè)計(jì)一種酸堿雙功能催化劑則將實(shí)現(xiàn)一步法催化轉(zhuǎn)化葡萄糖生成5-HMF。由于酸堿基團(tuán)在均相體系中會發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，失去各自的催化性能，因此只有合成酸堿活性中心固定于載體表面的非均相催化劑才能實(shí)現(xiàn)酸堿協(xié)同作用以達(dá)到一步法催化葡萄糖轉(zhuǎn)化生成5-HMF的目的。

目前，已經(jīng)開發(fā)設(shè)計(jì)出的酸堿雙功能固體催化劑還存在著一些問題，主要表現(xiàn)在：(1)催化劑孔隙結(jié)構(gòu)單一，比表面積較小；(2)催化劑酸堿度較低，催化性能較差；(3)催化劑多為小顆粒狀，催化劑與產(chǎn)物分離困難，且難再回收利用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的酸堿雙功能催化劑制備的技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供了一種氮化碳載酸堿雙功能MOFs基復(fù)合催化劑及其制備方法和用途。首先，在C₃N₄表面包裹一層多巴胺，制備C₃N₄@PDA復(fù)合物；再通過調(diào)制水熱法(Modulated Hydrothermal:MHT)在C₃N₄@PDA表面負(fù)載多孔的酸堿雙功能的金屬有機(jī)骨架配合物(Metal-organic framework：MOF)，成功制備多孔的氮化碳載酸堿雙功能MOFs基復(fù)合催化劑——C₃N₄@PDA@UiO-66-NH₂-SO₃H。該方法制備過程較為簡單，制備出的催化劑熱穩(wěn)定性較好，催化劑酸堿度較高，催化性能優(yōu)良，再生性能良好。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。