[發明專利]一種鈷金屬-氮共摻雜的碳材料催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202210019595.X
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114210332A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 王俊科;宗盈曉;劉曉春;楊發祥;張嘉林;張賢;張珊;吳春華
• 申請（專利權）人: 蘭州市三青化學有限公司;河西學院
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J27/24;B01J37/00;B01J37/08;C07B43/04;C07C209/36;C07C211/52;C07C211/47;C07C211/51;C07C213/02;C07C217/84;C07C227/04;C07C229/60
• 代理公司: 西安匯恩知識產權代理事務所(普通合伙) 61244
• 代理人: 張偉花

本發明提供了一種鈷金屬?氮共摻雜的碳材料催化劑的制備方法，包括以下步驟：在圓底燒瓶中分別加入8?羥基喹啉、氫氧化鈉和溶劑，反應體系顏色由淺黃色變成紅棕色，加入七水合硫酸鈷，反應體系顏色變為黃綠色，停止反應，將反應冷卻至室溫，過濾，濾餅用水和乙醇分別洗滌三次，烘干，得到8?羥基喹啉鈷，室溫下，將8?羥基喹啉鈷與模板劑在混合溶劑中攪拌均勻，減壓蒸干溶劑，固體在氮氣氛，500?900℃進行熱解，得到黑色固體，將黑色固體再進行酸處理，得到催化劑。本發明制備了具有孔隙結構的鈷金屬?氮共摻雜的碳材料催化劑，該催化劑制備簡單，在硝基化合物還原成胺類化合物反應中，具有優良的催化活性。

技術領域

本發明屬于催化劑材料制備技術領域，具體涉及一種鈷金屬-氮共摻雜的碳材料催化劑的制備方法。

背景技術

芳香胺是合成染料、農用化學品和藥物的重要有機中間體。傳統的方法是用鐵和鹽酸或乙酸還原，或在鹽酸存在下，用其他溶解性金屬如鋅或錫，但是從形成的金屬污泥中分離純化產品，存在困難，導致后續處理復雜，為了避免傳統方法的這些缺點，目前，大多數芳香胺是通過芳香硝基化合物的催化還原制備的，特別是，負載金屬的多相催化劑具有高效的催化性能且對環境友好，例如鉑族金屬(Pt、Rh、Ru、Pd)催化劑因其在硝基芳烴還原方面具有高活性而被廣泛研究。但是大多數報道的貴金屬催化劑對具有鹵素(F、Cl、Br、I)硝基化合物的化學選擇性很差，容易脫去鹵素，而且，貴金屬的稀缺性和價格波動也限制了它們在化工行業的應用規模。

因此，開發具有高選擇性和高轉化率的非貴金屬負載的多相催化劑，應用于硝基化合物的還原反應中是很重要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種鈷金屬-氮共摻雜的碳材料催化劑的制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：制備一種鈷金屬-氮共摻雜的碳材料催化劑，其制備方法，包括以下步驟：

S1、在圓底燒瓶中分別加入8-羥基喹啉、氫氧化鈉和溶劑，反應體系顏色由淺黃色變成紅棕色，加入七水合硫酸鈷，反應體系顏色變為黃綠色，停止反應；

S2、將S1中的反應冷卻至室溫，過濾，濾餅用水和乙醇分別洗滌三次，烘干，得到黃色的固體；

S3、將S2中得到的黃色固體稱取2.0g，室溫下，與5.0g的膠體SiO₂在CH₃CH₂OH：DMF＝3:1的混合溶劑中攪拌4h，減壓蒸干溶劑，得到4.0g固體；

S4、將S3中得到的固體在氮氣保護下，500-900℃進行熱解，得到黑色固體；

S5、將S4中得到的黑色固體，用HF水溶液進行處理，得到催化劑。

進一步的，S1中，8-羥基喹啉：氫氧化鈉的摩爾比是1:1，8-羥基喹啉：七水合硫酸鈷的摩爾比是2:1。

進一步的，在S1中，先在80℃下反應4h，反應體系顏色由淺黃色變成紅棕色，加入七水合硫酸鈷，反應2h，體系顏色變為黃綠色，停止反應。

進一步的，在S1中，溶劑是水。

進一步的，在S4中，熱解條件是：以3℃/min程序升溫至500-900℃后，恒溫2小時。

進一步的，在S5中，HF水溶液進行處理，具體是在室溫下用10wt％的HF水溶液酸洗12h。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

本發明以8-羥基喹啉鈷作為前體，二氧化硅為模板劑，進行熱解，酸洗，制備了具有孔隙結構的鈷金屬-氮共摻雜的碳材料催化劑，該催化劑制備簡單，生產成本低廉，催化活性高且易于分離。將催化劑應用于硝基化合物的還原反應中，反應條件溫和，產品純化簡單，且能夠循環6次，具有良好的工業前景。