[發(fā)明專利]一種Zn/Co摻雜碳材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010210312.0
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111389403B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁詩景;鄒婷;江莉龍
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J37/34;B01J37/08;C07C253/26;C07C255/50;C07C255/54;C07C255/53
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發(fā)明提供了一種Zn/Co摻雜碳材料及應(yīng)用，屬于材料制備和精細化工領(lǐng)域。通過靜電紡絲法和煅燒法制備了Zn/Co摻雜碳材料，至少使用了如下原料制備得到：鋅源和鈷源，所述鋅源和鈷源的摩爾比按金屬鋅/金屬鈷計為10?2：1；有機添加劑，所述有機添加劑為聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一種或者多種，用量為原料總量的30?60 wt%。應(yīng)用該催化劑實現(xiàn)了苯甲醛類制備腈類反應(yīng)條件溫和，其特征為低溫常壓；空氣中的氧氣作氧化劑；氨水作氮源；反應(yīng)容易操作；尤其能夠高效實現(xiàn)各種芳香腈類的合成。本方法使用一種新型Zn/Co摻雜碳基催化劑，符合實際生產(chǎn)需要，有較大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于溫和催化苯甲醛類制苯甲腈類的催化劑及其制備方法，屬于材料制備和精細化工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

腈類化合物是一類重要的化工原料，是制造藥物和精細化學品的中間體。目前，腈的合成主要有以下幾個途徑：①鹵代烴與氰化物的親核取代合成脂肪腈；②桑德邁爾反應(yīng)(用于合成芳香腈)；③維蒂希反應(yīng)(用于合成不飽和腈類)；④氣相氨氧化(用于工業(yè)生產(chǎn)丙烯腈和芳族腈)。

然而，上述的反應(yīng)主要存在以下缺點：①使用有毒的無機氰化物作氮源；②會產(chǎn)生大量的無機鹽；③反應(yīng)條件比較苛刻，并且腈的選擇性較低。因此，用氨水替無機氰化物作為氮源代直接由醇或醛氧化合成腈的方法已經(jīng)引起人們的關(guān)注。同時使用資源豐富和價格低廉的氧氣作氧化劑，且氧化后水為唯一副產(chǎn)物，這一合成方法符合“綠色化學”的理念。

近年來，氧氣條件下直接催化醛與氨的轉(zhuǎn)化已有報道，但是其氮源多為有毒氰化物且多為高溫加壓催化體系。從經(jīng)濟和環(huán)保的的角度上考慮，目前已報道的低溫常壓下催化醛與氨制備腈類化合物的體系較少。

因此，開發(fā)新的高活性的低溫常壓催化劑體系，用于催化醛與氨轉(zhuǎn)化高效合成腈很值得研究。本發(fā)明旨在開發(fā)一種新型Zn/Co摻雜碳基催化劑，其在低溫常壓下，使用氨水作氮源，氧氣作氧源的催化體系下，能夠?qū)崿F(xiàn)芳香類腈的合成，具有工業(yè)應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型Zn/Co摻雜碳材料用以實現(xiàn)以氨水為氮源，以氧氣為氧化劑，低溫常壓下催化醛與氨合成腈的綠色方法。解決傳統(tǒng)工藝中腈的制備需要使用高毒氰化物作氮源，反應(yīng)條件苛刻(高溫加壓)等問題。同時進一步拓展底物的范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)芳香腈類的合成。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種新型Zn/Co摻雜碳材料，至少由如下原料制備得到：

鋅源和鈷源，所述鋅源和鈷源的摩爾比按金屬鋅/金屬鈷計為10-2：1；

有機添加劑，所述有機添加劑為聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一種或者多種，所述有機添加劑的用量為原料總量的30-60wt％。

進一步地，所述鋅源為碳酸鋅、氧化鋅、二水合乙酸鋅、異辛酸鋅中的一種或者多種。

進一步地，所述鈷源為氫氧化鈷、氧化鈷、四水合乙酸鈷、六水合硝酸鈷中的一種或者多種。

進一步地，所述有機添加劑為聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇的混合物，聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇的質(zhì)量比為1：0.1-0.5：0.02-0.2。

所述的Zn/Co摻雜碳材料的制備方法具體包括以下幾個步驟：

1)首先將特定量的鋅源、鈷源和一定量的有機添加劑混合物或依次添加特定量的有機添加劑在30mL的N,N二甲基甲酰胺溶劑中混均勻，配制成靜電紡絲溶液；

2)將配制好的溶液在工作電壓為17kV，紡絲速率0.6mL/h，陰極和陽極間的距離是20cm的靜電紡絲設(shè)備上紡制得前驅(qū)體薄膜；

3)將薄膜放置在含輕微還原性氣氛的惰性氣氛下進行焙燒，所述焙燒溫度為700-800℃，焙燒時間為3-20h；