[發(fā)明專利]利用石墨相氮化碳光催化劑在室溫下制備過氧化氫異丙苯的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210035128.6
• 申請(qǐng)日: 2022-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN114539117B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟慶偉;朱紅霏;趙靜喃;于宗義;李嘉寧;馬存飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué);大連理工大學(xué)寧波研究院
• 主分類號(hào): C07C407/00
• 分類號(hào): C07C407/00;C07C409/10;B01J27/24
• 代理公司: 遼寧鴻文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 苗青

本發(fā)明提供了利用石墨相氮化碳光催化劑在室溫下制備過氧化氫異丙苯的方法，屬于光催化氧化技術(shù)領(lǐng)域。具體是以石墨相氮化碳g?C₃N₄作光催化劑，異丙苯作底物，分子氧作氧化劑，過氧化氫異丙苯作引發(fā)劑，無機(jī)堿提供堿性環(huán)境，可見光或紫外光作激發(fā)光源進(jìn)行光催化反應(yīng)，常溫常壓下制備得到過氧化氫異丙苯。在氮化碳結(jié)構(gòu)中引入氧原子有助于增加光學(xué)吸收和抑制光生電子和空穴的復(fù)合，同時(shí)三明治結(jié)構(gòu)的雙片層結(jié)構(gòu)可以增加比表面積和孔容，因此明顯提高了光催化氧化活性。g?C₃N₄光催化體系的異丙苯轉(zhuǎn)化率能達(dá)到16.59％，過氧化氫異丙苯選擇性能達(dá)到82.08％，本發(fā)明為異丙苯的無溶劑綠色安全的工業(yè)氧化提供了新方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化氧化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一類石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作為光催化劑，在可見光激發(fā)下使用分子氧作為綠色氧化劑，實(shí)現(xiàn)異丙苯室溫常壓氧化制備過氧化氫異丙苯的方法。

背景技術(shù)

隨著化工、醫(yī)藥、生物、化學(xué)等行業(yè)的不斷進(jìn)步，過氧化物的需求量越來越高。雖然利用可見光活化分子氧進(jìn)行化學(xué)合成的方法在短短幾年間進(jìn)展迅速，但是有關(guān)于綠色制備過氧化物的報(bào)道還很稀少，該領(lǐng)域還有待研究。在科學(xué)領(lǐng)域，過氧鍵(O-O)是一個(gè)關(guān)鍵的基團(tuán)，是一類具有生物活性的天然產(chǎn)物或非天然化合物的藥效基團(tuán)，因此，許多過氧化物具有重要的治療價(jià)值。不僅如此，過氧化物特有的高活性O(shè)-O鍵很容易被熱、光和金屬催化裂解，裂解產(chǎn)生的自由基在化學(xué)反應(yīng)中起著重要作用，使它們成為自由基化學(xué)和眾多化學(xué)合成反應(yīng)的引發(fā)劑與氧化劑，應(yīng)用十分廣泛。另外，有機(jī)過氧化物如過氧乙酸、過氧化氫異丙苯。它們的氧化性比一般氧化劑更強(qiáng)，可用作殺菌劑、消毒劑、漂白劑等，并且過氧化氫異丙苯是目前世界上近90％苯酚的生產(chǎn)原料。因此，過氧化物一直是長盛不衰的研究熱點(diǎn)。

由異丙苯氧化生產(chǎn)過氧化氫異丙苯是制備苯酚、丙酮、環(huán)氧丙烷等重要石油化工產(chǎn)品的一個(gè)關(guān)鍵單元反應(yīng)。此外，過氧化氫異丙苯還是眾多氧化反應(yīng)的氧化劑和鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)的引發(fā)劑。目前，異丙苯制備過氧化氫異丙苯的傳統(tǒng)氧化工藝涉及使用過氧化氫異丙苯作為引發(fā)劑，在堿性介質(zhì)中，在80-120℃、0.5-1.0MPa條件下進(jìn)行分子氧氧化。目前，傳統(tǒng)的氧化工藝仍在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。但該方法單程轉(zhuǎn)化率低(8％-12％)、反應(yīng)溫度要求高、安全性差等已造成嚴(yán)重問題。幾十年來科學(xué)家和企業(yè)界均采用催化方法去降低反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力來改進(jìn)該反應(yīng)的安全性問題，探索了堿性金屬催化劑、過渡金屬催化劑和非金屬催化劑等。然而，這些催化劑均不能有效解決異丙苯傳統(tǒng)氧化工藝中的高溫需求和安全性差的問題。迄今為止，還沒有任何一個(gè)催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)在室溫常壓，無溶劑的情況下，滿足工業(yè)異丙苯氧化制備過氧化氫異丙苯，因此亟需開發(fā)合適的催化劑在溫和條件下氧化制備過氧化氫異丙苯。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了利用石墨相氮化碳光催化劑制備過氧化氫異丙苯的方法，采用石墨相氮化碳g-C₃N₄作為光催化劑，在可見光作用下活化分子氧，實(shí)現(xiàn)室溫常壓，無溶劑條件下，異丙苯氧化制備過氧化氫異丙苯的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

利用石墨相氮化碳光催化劑在室溫下制備過氧化氫異丙苯的方法，具體是以石墨相氮化碳g-C₃N₄作光催化劑，異丙苯作底物，分子氧作氧化劑，過氧化氫異丙苯作引發(fā)劑，無機(jī)堿提供堿性環(huán)境，可見光或紫外光作激發(fā)光源進(jìn)行光催化反應(yīng)，常溫常壓下制備得到過氧化氫異丙苯。

進(jìn)一步地，所述的可見光的波長范圍為400-700nm，紫外光的波長范圍為200-400nm。優(yōu)選的，所述的激發(fā)光源為紫光(395nm)、藍(lán)光(440nm)、綠光(550nm)和全波段白光。

進(jìn)一步地，所述引發(fā)劑與底物的用量質(zhì)量之比為1:50～15:50；所述堿與底物的用量質(zhì)量之比為1:50～15:50；所述光催化劑與底物的用量質(zhì)量之比為1:50～15:50。