[发明专利]一种纤维状催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂领域，更具体地，涉及一种纤维状催化剂的制备方法及应用。

背景技术

催化剂是化学反应中经常使用的试剂，主要用于提高反应速率和效率。贵金属是常见的催化剂类型，而贵金属纳米颗粒由于具有较大表面积、高的催化性能，也成为广大科研工作者的研究热点。

贵金属纳米颗粒可以直接用做催化剂，但由于纳米金属颗粒容易团聚，易使催化剂的有效表面积下降，从而导致催化性能下降。现有技术中用于提高纳米金属颗粒催化效率的方式主要是将金属纳米颗粒负载于载体上使用。

然而，进一步的研究表明，尽管现有的部分负载型纳米贵金属催化剂能够解决纳米金属颗粒因团聚导致的催化性能下降的问题，但负载型纳米贵金属催化剂仍存在以下的技术问题：已有的负载型纳米贵金属催化剂由于其复杂的催化体系、催化剂的制备工艺复杂，往往难以直接与反应物(尤其是液体反应物)分离，而从环保和成本角度考虑，贵金属催化剂的回收势在必行，因此采用此类负载型催化剂时，需要在反应之后，通过单独的分离过程(如采用离心或者过滤方法)将催化剂和反应液分开，才能重新投料继续反应，反应不能连续进行。例如，Wang等将钯负载于石墨烯—碳纳米管复合物上，制备了Pd-RGO-CNT复合材料，需要通过离心分离才可回收催化剂[Sun T.,Zhang Z.Z.,Wang S.,Scientific reports,2013,3,1-5]；Zhang等将金属钯和磁性四氧化三铁复合，制备Pd/Fe₃O₄磁性催化剂，需要利用磁性实现催化剂的回收[Zhang,R.Z,Liu J.M.，Sun W.,et.al.magnetically Separable and Versatile Pd/Fe₃O₄Catalyst for Efficient Suzuki Cross-Coupling Reaction and Selective Hydrogenation of Nitroarenes.Chin.J.Chem.2011,29,525-530]。上述这些催化剂的回收过程无疑会增加工业操作成本、降低生产效率；并且大部分负载型催化剂的回收效率低、难度大，分离和再回收仍然是一项挑战。因此，产业上迫切需要一种回收简单、并可实现连续反应的催化剂类型。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种纤维状催化剂的制备方法，其中通过对其反应原料和关键工艺步骤(譬如负载基底、贵金属附着工艺、反应物浓度及反应温度等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决负载型纳米贵金属催化剂回收复杂、不能连续进行反应等的难题；并且，该制备方法工艺简单、操作便捷，反应材料廉价、易得，能有效减小负载型催化剂的制备成本。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纤维状催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)纤维@聚多巴胺复合材料的合成：将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中配制浓度为5mmol/L～20mmol/L的三羟甲基氨基甲烷水溶液；然后，在0℃～70℃的温度环境下将纤维加入至所述三羟甲基氨基甲烷水溶液中；接着，再按照每1mL三羟甲基氨基甲烷水溶液添加1mg-5mg盐酸多巴胺的配料比向所述三羟甲基氨基甲烷水溶液中加入盐酸多巴胺，搅拌反应至少3小时，使所述盐酸多巴胺发生聚合并包裹在纤维上，得到纤维@聚多巴胺复合材料；

(2)纤维@聚多巴胺-贵金属复合材料的制备：将贵金属盐溶于水，得到贵金属离子浓度为1mmol/L～100mmol/L的贵金属盐溶液，接着再将所述贵金属盐溶液冰浴预冷；然后，将所述纤维@聚多巴胺复合材料加入到所述贵金属盐溶液中，在0℃～10℃的温度环境下搅拌反应0.1小时～12小时，得到纤维@聚多巴胺-贵金属复合材料；

(3)纤维状催化剂的制备：将所述纤维@聚多巴胺-贵金属复合材料洗涤、干燥后得到纤维状催化剂。

作为本发明的进一步优选，其特征在于，所述纤维选自以下物质中的至少一种：纤维素纤维、玻璃纤维、石英棉纤维，碳纤维和合成纤维。

作为本发明的进一步优选，其特征在于，所述贵金属盐选自以下物质中的至少一种：氯钯酸钾、氯亚钯酸钾、氯金酸钾、氯铂酸钾和硝酸银。

作为本发明的进一步优选，其特征在于，所述步骤(1)中的三羟甲基氨基甲烷水溶液的浓度优选为10mmol/L。

作为本发明的进一步优选，其特征在于，所述步骤(2)中贵金属盐溶液中的贵金属离子浓度优选为10mmol/L。