[发明专利]一种碳气凝胶催化剂及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种碳气凝胶催化剂，其特征在于：它的组成为碳材料，形态是任意形状的整块固体，形成固定床催化剂；所述的碳材料指的是氧化石墨、多孔氧化石墨烯、羧化碳管及其改性产物及其组合。

2.如权利要求1所述的一种碳气凝胶催化剂，其特征在于：所述的氧化石墨、多孔氧化石墨烯或羧化碳管的改性方法为：将氧化石墨、多孔氧化石墨烯或羧化碳管上的官能团去掉、将碳骨架进行B、N、O参杂或者将官能团改性成-SO₃、-NH₂、-C₃N₄、-NEt₃或-PAMAM，片层尺寸大小为1nm-1mm，氧化石墨层数为1-100层，羧化碳管壁层数为1-20层，二者氧化程度为碳氧比8:1-1:1。

3.一种如权利要求1所述碳气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：

将碳材料溶液浓缩到5-300 mg/mL，装载到特定的反应器内，然后放在冷冻干燥器里冻干；或者，将碳材料溶液喷雾干燥后，装载到特定的反应器内，密度为5-300 mg/cm³。

4.如权利要求3所述碳气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：所述的特定的反应器指的是随机形式的中空物体、金属或者非金属不可溶、不易分解的开放式泡沫孔状材料。

5.一种如权利要求1所述碳气凝胶催化剂的用途，其特征在于：用于催化各种有机反应。

6.如权利要求5所述碳气凝胶催化剂的用途，其特征在于：所述的多种有机反应是氧化反应、还原反应、酸催化反应、碱催化反应或热分解反应。

7.如权利要求6所述碳气凝胶催化剂的用途，其特征在于：所述的氧化反应是芴的氧化反应、硝基甲烷的分解反应、苯基（苄基）氢以及连接羟基的氧化反应、四氢化萘的氧化反应、氨的氧化反应、金刚烷的氧化反应、烷基的氧化反应、双键的氧化反应、三键的氧化反应、亚甲基蓝的氧化反应、巯基的氧化反应、水溶性硫化物的氧化反应以及氨基苯硼酸的氧化聚合反应；还原反应是游离氢的吸收反应、NaAlH₄分解反应、NO_x的还原反应、乙烯和硝基苯的还原反应、硝基苯酚的还原反应、二硝基甲苯的还原反应；酸催化反应是联吡咯甲烷的合成反应、酯化反应、酯交换反应、乙酰基转移反应、水解反应、氧杂蒽的合成反应、苯并氧杂蒽黄的合成反应、木糖的脱水反应、纤维素的水解反应、炔烃的水合作用、环氧化合物的开环反应迈克尔加成反应、乙醛的缩醛反应、胺烯加成反应、苯甲醇的脱水反应、二硫键的形成、葡萄糖和果糖的反应、硝化甘油的去缩醛反应； 碱催化反应是乙酸乙酯的水解、诺文葛耳缩合反应；热分解反应是LiBH₄的热脱氢反应、氨硼烷的脱氢反应。

8.如权利要求5所述碳气凝胶催化剂的用途，其特征在于：所述用于催化各种有机反应的方法为：将1摩尔份气态或者固态的反应物用0-100摩尔份的溶剂稀释，然后注入到气凝胶中，在0-200 ^oC中反应1min-48h，反应结束后，产物用溶剂淋洗出来，旋蒸去掉溶剂，然后真空干燥2-24h，得到纯净的产物。

9.根据权利要求8所述碳气凝胶催化剂的用途，其特征在于：所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯、苯、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、二噁烷、己烷、乙醚、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲亚砜。