[發明專利]磺化石墨烯改性的微通道反應器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811494359.3
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109663551B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 賈建洪;馮東;黃佳豪;沙洋澄;李益珠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C07C201/08;C07C205/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明提供了一種磺化石墨烯改性的微通道反應器及其制備方法和在甲苯硝化反應中應用，所述的磺化石墨烯改性的微通道反應器為炭化硅材質的微通道反應器，通過環氧硅烷偶聯劑將磺化石墨烯接枝于微通道反應器的表面。本發明的改性的微通道反應器應用可直接應用于甲苯的硝化反應中，免去了催化劑的回收和浪費，同時，該反應器可實現連續化操作，自動化控制，操作簡單，反應條件溫和，后處理簡單，三廢少，安全性高，經濟效益好，是一條適于工業化生產的綠色環保的工藝。

技術領域

本發明涉及微通道反應器領域，具體涉及一種磺化石墨烯改性的微通道反應器及其制備方法和在甲苯硝化中的應用。

背景技術

石墨烯是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構成的新型二維碳原子晶體。由于含有眾多具有反應活性的碳碳雙鍵，石墨烯納米片表面很容易進行化學修飾鍵合有機官能團而改變其性質。如果以石墨烯為載體，在此疏水性納米片表面鍵合上酸性基團和其他極性/非極性官能團，模仿生物酶催化特點，將有可能同時構建酸性位點與反應底物高度親和的吸附微區。另外，石墨烯具有較大比表面積(理論比表面積2630m²·g^-1)，且結構呈平面狀，不含有可能阻止反應底物進入的微孔，有利于降低非均相催化反應過程中的傳質阻力。

通過磺化反應制備磺化石墨烯固體酸催化劑，研究表明其具有-COOH、-OH和-SO₃H等官能團，盡管其酸性強度和密度較低，但催化活性與H₂SO₄相當，具有與H₂SO₄相比擬的酸催化活性，可用于催化芳香基團硝化反應的進行。

發明內容

本發明的目的之一在于針對硝化反應存在的不足，提供了一種磺化石墨烯改性的微通道反應器及其制備方法和在甲苯硝化反應中應用，以克服現有技術的不足。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種磺化石墨烯改性的微通道反應器，包括微通道反應器本體以及通過環氧硅烷偶聯劑接枝于微通道反應器的微通道表面的磺化石墨烯，微通道反應器本體采用炭化硅材質。

一種磺化石墨烯改性的微通道反應器的制備方法，包括以下步驟：

(1)將環氧硅烷偶聯劑加入體積百分數70％-80％醇的水溶液和氧化石墨烯，再用醋酸調節pH值至4.5-6.5，超聲3-8min，混合均勻，將炭化硅材質的微通道反應器置于700W-900W微波下，然后用注射泵將混合溶液注入微通道反應器的微通道中，反應20min-60min，烘干，得到氧化石墨烯改性的微通道反應器；

(2)打開加熱系統，預熱氧化石墨烯改性的微通道反應器于30-45℃，用循環泵泵入氯磺酸，進行磺化反應6-12小時，反應完全后，70-90℃下真空干燥得磺化石墨烯改性的微通道反應器。

步驟(1)中，所述的環氧硅烷偶聯劑為3-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-環氧環己烷基)乙基三甲氧基硅烷中的一種或兩種；所述的醇為乙醇、異丙醇中的一種或兩種。

所述的氧化石墨烯、環氧硅烷偶聯劑和氯磺酸的投料質量比為1.0：1.2～1.6：2.2～2.5。

所述的醇的水溶液的體積用量為環氧硅烷偶聯劑的8-15mL/g。

再用醋酸調節pH值至5-6，超聲4～6min，混合均勻，將炭化硅材質的微通道反應器置于750W～850W(最優選為800W)微波下，然后用注射泵將混合溶液注入微通道中，反應30min～45min。

步驟(2)中，預熱氧化石墨烯改性的微通道反應器于35-40℃，用循環泵泵入氯磺酸，進行磺化反應8-10小時，反應完全后，75-85℃(最優選為80℃)下真空干燥得磺化石墨烯改性的微通道反應器。