[发明专利]一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法，属甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化剂的技术领域。

背景技术

甲醇是一种重要的化学物质和能源原料，甲醇下游化学品是国内外竞相开发的技术领域，其中碳酸二甲酯是一种绿色化学品，具有很好的应用价值。

在碳酸二甲酯的合成中，甲醇气相氧化羰基化法以甲醇、一氧化碳和氧气为原料，生产成本低，产物选择性高，例如专利CN102600843A，CN102872879A报道了活性炭负载纳米铜催化剂在甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯中具有极高的催化活性，但高度分散的铜纳米晶体表面能高，在反应过程中易发生团聚，从而导致铜纳米晶体失去活性，极大地影响了催化性能，因此也存在应用上的不足和弊端；

专利CN101362595，CN101905875A，CN101314467报道了空心碳球孔隙丰富、热稳定性好、化学稳定性高、比表面积可控，可用作于催化剂载体。例如CN1721075，CN102290253A专利为空心碳包覆纳米金属催化剂，但制备过程复杂，产物纯度低，催化性能欠佳。

鉴于活性炭负载纳米铜催化剂存在铜纳米粒子易团聚的缺点，将纳米铜晶体保护在中空碳球中，构造成核壳型结构，是解决这一难题的新方法，但仍处于研究中。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，以葡萄糖、硝酸铜、油酸钠为原料，经配制溶液、水热合成、碳化还原，制成核壳型碳包覆纳米铜催化剂，以提高催化剂的催化性能和稳定性。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：葡萄糖、硝酸铜、油酸钠、己烷、无水乙醇、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

（1）精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

（2）配制油酸铜络合物

①称取硝酸铜2.42g±0.01g、油酸钠6.09g±0.01g，量取无水乙醇20mL、去离子水15mL、己烷35mL，加入三口烧瓶中；

②将三口烧瓶置于电加热器上加热，并进行水循环冷凝，加热温度70℃±2℃，并搅拌，加热搅拌时间120min，成络合液；

③分液漏斗分离：将络合液加入分液漏斗内，进行分离，静置10min，分液后留存上层有机层；

④水洗：将有机层加入烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤10min，成洗涤液；

⑤分液漏斗分离：将洗涤液加入分液漏斗内，进行分离，静置10min，分液后留存上层有机层；

⑥干燥：将盛有有机层的烧杯置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间300min，干燥后成油酸铜络合物(C₁₈H₃₃O₂)₂Cu；

（3）配制油酸铜乳液

称取油酸铜络合物0.12g，量取去离子水5mL，加入烧杯中，搅拌5min，成油酸铜乳液；

（4）配制葡萄糖水溶液

称取葡萄糖0.9g±0.01g，量取去离子水100mL，加入烧杯中，搅拌5min，成0.05mol/L的葡萄糖水溶液；

（5）配制混合溶液

将配制的葡萄糖水溶液、油酸铜乳液置于烧杯中，然后置于水浴锅中加热，加热温度30℃，在150r/min转速下搅拌40min，成混合乳液；

（6）反应釜水热碳化合成

将混合乳液移至聚四氟乙烯容器内，并置于反应釜中，密闭；然后将反应釜置于加热炉中加热，加热温度180℃±2℃，加热时间240min；进行水热碳化合成，形成碳包覆铜前驱体；

水热合成后，关闭加热炉，停止加热，使反应釜随炉冷却至25℃；

（7）离心分离

打开加热炉，取出反应釜并开启，聚四氟乙烯容器内为初级产物悬浮液；

将聚四氟乙烯容器内的悬浮液移入离心管内，进行离心分离，分离转数8500r/min，时间10min，分离后收存沉淀物，弃掉上层液；

（8）洗涤、抽滤

①将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；然后用三层中速定性滤纸进行抽滤，得产物滤饼；

②将产物滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL,，搅拌洗涤5min；然后用三层中速定性滤纸抽滤，得初级产物滤饼；

（9）干燥