[發(fā)明專利]一種無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810200026.9
• 申請(qǐng)日: 2018-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN108314087B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁瓊麟;艾永建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/745
• 分類號(hào): B01J23/745
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發(fā)明涉及一種無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的制備方法及其應(yīng)用，屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域。無型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的制備是以六水合氯化鐵為原料，先后利用氧化?還原法，共沉淀法及原位水解法制得。在得到此材料后，本發(fā)明以水合肼為氫供體,在水溶液中催化還原硝基化合物為對(duì)應(yīng)芳胺的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該催化劑具有高轉(zhuǎn)化率、高選擇性和可重復(fù)使用的優(yōu)勢(shì),而且以水為溶劑，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的要求。該催化劑的發(fā)明對(duì)推動(dòng)芳胺的生產(chǎn)具有重大意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的制備方法及其應(yīng)用，屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

芳胺是有機(jī)合成反應(yīng)中重要的中間體,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、顏料、染料的合成等諸多領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道，到2020年，芳胺的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的市值將達(dá)到2000億。通常，芳胺是通過芳香族硝基化合物的還原制備的。常用的方法主要包括催化加氫法、活潑金屬還原法、水合肼還原法等。在該類反應(yīng)中，常用的氫源有氫氣，硼氫化鈉，水合肼，異丙醇等。催化加氫法通常需要加壓,因此對(duì)設(shè)備要求較高,存在一定的危險(xiǎn)。因此開發(fā)反應(yīng)條件溫和的催化體系用于這類反應(yīng)具有較大的意義。

以水合肼為還原劑，還原的副產(chǎn)物僅為氮?dú)夂退?安全環(huán)保，近年來，受到了行業(yè)的高度重視。目前水合肼還原法的研發(fā)重點(diǎn)是開發(fā)新型高效的催化劑。水合肼還原法的催化劑包括貴金屬催化劑，非貴金屬催化劑和非金屬催化劑等等。貴金屬催化劑存在著價(jià)格昂貴、催化劑制備步驟復(fù)雜、催化劑易中毒等缺點(diǎn),不能符合市場(chǎng)的需求，難以大規(guī)模應(yīng)用。相對(duì)而言，鐵基化合物催化劑具有廉價(jià)、來源廣泛、對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求低、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的制備方法及其應(yīng)用，用于制備無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的方法包括三個(gè)化學(xué)反應(yīng)：氧化還原反應(yīng)，共沉淀反應(yīng)和原位水解反應(yīng)，并將該制備的無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子用于工業(yè)生產(chǎn)中的催化劑，用于催化還原硝基化合物。

本發(fā)明提出的無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的制備方法，包括以下步驟：

(1)將表面活性劑加入到乙二醇中，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-5％，當(dāng)表面活性劑完全溶解后，在反應(yīng)體系中加入六水合氯化鐵，六水合氯化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％-1％，溶液變成血紅色，記為第一溶液；向第一溶液中加入尿素，加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為：尿素︰第一溶液＝(0.5％-3％)︰1，得到第二溶液；利用功率為120W h的超聲清洗機(jī)對(duì)第二溶液進(jìn)行超聲處理，處理時(shí)間為15-60min，最后在80-200℃的油浴中加熱5-45min，反應(yīng)液由黃色變成黃綠色，記為第三溶液；對(duì)第三溶液進(jìn)行回流加熱30-120min后，至第三溶液完全變成綠色后，停止反應(yīng)，并將第三溶液冷卻至25℃，對(duì)第三溶液進(jìn)行減壓過濾，收集得到綠色沉淀物，用無水乙醇洗滌綠色沉淀物；將綠色沉淀物在25℃的真空干燥箱中干燥12h，得到乙醇酸鐵；

(2)將上述步驟(1)準(zhǔn)備得到的乙醇酸鐵分散在乙醇-去離子水的混合溶液中，得到第四溶液，在第四溶液中，乙醇和去離子水的體積比為：乙醇︰去離子水＝1︰(5-20)，乙醇酸鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％-1％；將第四溶液置于功率為120W h的超聲清洗機(jī)中超聲處理5-30min，利用轉(zhuǎn)速為500r/min的攪拌器在室溫條件下攪拌3-10小時(shí)；在此過程中，綠色溶液水解成棕黃色溶液，停止攪拌，出現(xiàn)棕黃色固體沉淀；將上述反應(yīng)液減壓過濾，并用去離子水洗滌，得到濾餅，將所得濾餅在85℃的真空干燥箱中干燥12h，最后獲得無定形羥基氧化鐵分層超級(jí)粒子。

上述制備方法中的表面活性劑可以為：聚乙烯吡咯烷酮、四丁基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨。

本發(fā)明方法制備的無定型羥基氧化鐵超級(jí)粒子的應(yīng)用，可以將其應(yīng)用于芳香族硝基化合物的還原，包括以下步驟：