[發(fā)明專利]一種磁性催化劑及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110392661.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN113198472B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 管國鋒;丁靖;章殷;萬輝;唐百祥;杜薇;何宇挺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/745
• 分類號(hào): B01J23/745;B01J23/75;B01J23/755;B01J23/83;B01J23/889;C07D309/30;C07D313/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

本發(fā)明提供了一種磁性催化劑及其制備方法，其特征在于所述的催化劑由活性組分、助催化劑、活性載體組分組成，其中活性組分為過渡金屬氧化物中的一種，活性載體為Fe₃O₄，助催化劑為TiO₂；其中活性組分負(fù)載質(zhì)量為1～3％，助催化劑負(fù)載質(zhì)量為4～10％。催化劑用于催化環(huán)酮制備環(huán)狀內(nèi)酯，反應(yīng)以空氣為氧源，底物環(huán)酮的轉(zhuǎn)化率較高，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性最高可達(dá)到97％。本方法制備的催化劑具有高活性、高選擇性、良好穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，催化劑與產(chǎn)物易分離，且催化劑具有優(yōu)異的重復(fù)性能，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁性催化劑及其制備和應(yīng)用，尤其涉及一種的磁性M_xO_y/TiO₂@Fe₃O₄(M＝Cu、Co、Ni、Ce、Mn)催化劑及其制備方法和用于催化環(huán)酮合成環(huán)狀內(nèi)酯。

背景技術(shù)

聚酯可由有機(jī)環(huán)狀內(nèi)酯開環(huán)聚合合成，聚酯因具有良好的可塑性、生物相容性、高結(jié)晶性等特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)材料、可降解塑料、熱熔膠合劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在環(huán)保領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。聚酯擁有巨大的市場價(jià)值，據(jù)報(bào)道，聚酯在2015年總產(chǎn)能約為4700萬噸，在2020年總產(chǎn)能約為6397.5萬噸，產(chǎn)能年均增長率為6.18％，預(yù)計(jì)2023年產(chǎn)能將達(dá)到7500萬噸。

有機(jī)環(huán)狀內(nèi)酯是合成聚酯的重要單體之一，低分子量的內(nèi)酯為無色、易揮發(fā)的芳香液體，高分子量的內(nèi)酯為無色無味的蠟狀固體，其主要應(yīng)用于合成聚酯、與脂類共聚和改性樹脂，能夠改善共聚物的物理性能和樹脂的透光性、光澤和防粘性等性能，因此有機(jī)環(huán)狀內(nèi)酯具有巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場前景。目前，有機(jī)環(huán)狀內(nèi)酯的合成主要采用Baeyer-Villiger氧化反應(yīng)，該反應(yīng)為有機(jī)化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，學(xué)者們不斷深入研究開發(fā)新型催化劑和提升催化劑的催化性能。

1899年，Baeyer和Villiger首次使用過氧硫酸氫鉀催化氧化薄荷酮，成功將薄荷酮氧化成相應(yīng)的內(nèi)酯，因此將直鏈酮或環(huán)酮一步氧化反應(yīng)生成相應(yīng)的酯或內(nèi)酯的反應(yīng)命名為Baeyer-Villiger氧化反應(yīng)。經(jīng)過100多年的發(fā)展，Baeyer-Villiger氧化反應(yīng)不斷被學(xué)者研究，根據(jù)氧化劑種類的不同，目前主要的合成方法可以分為過氧酸氧化法、生物酶氧化法、過氧化氫氧化法以及氧氣(空氣)氧化法。

工業(yè)上通常使用過氧酸氧化法生產(chǎn)內(nèi)酯，但該生產(chǎn)工藝存在過氧酸對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、操作復(fù)雜、污染嚴(yán)重、存在安全隱患等問題，國內(nèi)很少有企業(yè)能夠使用該方法制備內(nèi)酯(盧喬森等,己內(nèi)酯生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展[J]Modern Chemical Industry 2015,35(2):36-39)。與過氧酸氧化法相比，雙氧水氧化法以雙氧水為氧化劑直接氧化底物環(huán)酮，簡化了反應(yīng)流程，對(duì)環(huán)境友好，減少了安全隱患，但是雙氧水的氧化能力較弱，需要使用過量的雙氧水參與反應(yīng)，部分雙氧水無效分解使得雙氧水利用率較低，多余的水分會(huì)使內(nèi)酯發(fā)生水解。采用氧氣(空氣)氧化法，理論上環(huán)酮可完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)酯，符合現(xiàn)代化綠色化工生產(chǎn)要求，且氧氣(空氣)的氧化效率高，內(nèi)酯收率高，生產(chǎn)更安全，故氧氣(空氣)氧化法具有巨大的研究價(jià)值。在專利授權(quán)公告號(hào)為CN102603447A(一種制備有機(jī)內(nèi)酯的方法)和專利授權(quán)公告號(hào)為為CN102702152A(一種制備有機(jī)內(nèi)酯的方法)中，以氧氣為氧源催化環(huán)酮氧化，合成的內(nèi)酯收率都很高。與氧氣相比，空氣更廉價(jià)易得，以空氣為氧源時(shí)，因空氣的氧化能力較弱，在不加入催化劑的條件下氧化反應(yīng)難以進(jìn)行，因此需要設(shè)計(jì)和開發(fā)高效的催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種的磁性催化劑，以空氣為氧源，催化環(huán)酮合成環(huán)狀內(nèi)酯，本發(fā)明另一個(gè)目的在于提供上述催化劑的制備方法，本發(fā)明還有一目的是提供上述催化劑在催化環(huán)酮合成環(huán)狀內(nèi)酯中的應(yīng)用。