[发明专利]一种磁性纳米固体碱催化剂及其催化合成假紫罗兰酮的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性固体碱催化领域，具体涉及由水滑石前体焙烧制备的一种磁性纳米固体碱催化剂及其催化合成假紫罗兰酮的方法。

背景技术

水滑石类化合物包括水滑石和类水滑石，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide，简写为LDH)。LDH的插层化合物称为插层水滑石。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料(LDHs)。水滑石类化合物因具有特殊的层状结构和性质而倍受人们的关注，并广泛应用于催化领域。LDHs及其为焙烧前驱体所得到的焙烧产物中均存在碱中心，因而可用于碱催化。LDHs作为碱催化剂主要被用于两大类反应：烯烃氧化物聚合与醇醛缩合反应。许多文献研究了LDHs上的醛酮缩聚反应，发现很多热活化的LDHs均对该类反应表现出较好的催化活性。

在催化研究领域，纳米材料有巨大的比表面积，具有优良的表面吸附浓集效应、吸附定向效应和量子尺寸效应，可望制得高比表面积、高效、高选择性的纳米催化剂，并实现催化剂的分子设计。因此，纳米催化及应用研究正成为催化化学的研究热点。纳米催化剂在开发应用方面同时也存在着一些问题，比如其性能稳定控制技术尚未掌握，过于细小的颗粒粉末具有很高的表面能，在反应体系中很容易发生团聚，性能很不稳定，而且传统的过滤、离心方法费时费力，且不能达到完全回收，因而给它们的应用带来了障碍，并且降低了其使用效能。

鉴于纳米催化剂的优异的催化性能和难以回收使用的应用局限性，人们在努力探索更为有效的回收分离催化剂的方法。由于磁性材料的特殊性质，近年来磁性分离成为了倍受关注的研究课题。磁性分离，是通过外加磁场的作用方便地实现纳米催化剂的回收再利用，被认为是一种绿色的过程，它避免了传统分离方式带来的催化剂的损失、氧化等问题，同时使催化剂保持了较高的活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性纳米固体碱催化剂及其催化合成假紫罗兰酮的方法。本发明使用单一的催化剂前体MgFe-LDHs经过焙烧制得最终的催化剂：MgO和MgFe₂O₄复合物，该催化剂能够催化丙酮和柠檬醛的羟醛缩合合成假紫罗兰酮，并能通过磁性分离实现催化剂的回收。

本发明的具体制备步骤如下：

A、制备MgFe-LDHs前体：称取Mg(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解在去离子水中配成混合盐溶液，其中Mg²⁺浓度为0.12-6mol/L，Mg²⁺与Fe³⁺摩尔比为2-4；然后再称取NaOH和Na₂CO₃溶解在去离子水中配成混合碱溶液，其中n(Na₂CO₃)/[n(Fe³⁺)]＝2.0-2.5，n(NaOH)/[n(Mg²⁺)+n(Fe³⁺)]＝1.8-2.5，NaOH浓度为1.0-6.0mol/L，n(NaOH)、n(Mg²⁺)、n(Fe³⁺)、n(Na₂CO₃)分别为NaOH、Mg²⁺、Fe³⁺、Na₂CO₃的摩尔数；将上述混合盐溶液和混合碱溶液同时加入全返混液膜反应器，调节反应器转子与定子之间的狭缝宽度为0.01-0.03mm，工作电压为80-120V，转子转速为3500-6000rpm，反应时间1-5min，将得到的混合浆液加入晶化釜中搅拌晶化，保持釜内混合浆液的温度为80-120℃，回流晶化6-12h，得到镁铁水滑石前体浆液；镁铁水滑石前体浆液，经离心洗涤至pH＝7-8，在80-200℃干燥12-48h后，即得MgFe-LDHs前体；

B、制备磁性纳米固体碱催化剂：将上述所得的MgFe-LDHs前体放入坩埚，在马弗炉中700-900℃焙烧2-4h，具体方案为：马弗炉起始温度为15-30℃，然后以1-10℃/min的升温速率程序升温至700-900℃，然后再保持1-4h，之后自然冷却至室温；焙烧结束后，将制得的磁性纳米固体碱催化剂取出，放入干燥器中保存。