[发明专利]具有多层结构的碱催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体地说，是涉及一种具有多层结构的碱催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

催化剂的活性、选择性以及稳定性是催化剂设计时重点考虑的因素。将催化活性中心高分散地负载在高比表面积载体上不仅能提高催化活性，更重要的是可以改善催化剂稳定性。制备负载型催化剂最常用的方法为湿式浸渍法，大多数工业应用的碱催化剂是以这个方法进行制备的。然而，碱催化剂的活性中心通常与载体相互作用较弱，通过普通的湿式浸渍法制得的碱催化剂在使用过程中会发生活性位的团聚，导致催化活性降低，最终造成催化剂失活。因此，如何解决碱催化活性中心的稳定性是当前工业催化界急需解决的问题。

近年来，纳米材料或结构的组装策略已经成为一种重要的制备新型纳米材料的手段。在众多功能化的纳米材料中，具有核-壳结构的纳米材料受到了广泛的关注。核-壳型纳米材料是以纳米至微米尺寸的粒子为核，在其表面包覆一层或多层纳米尺度的壳层而形成的一种多级纳米结构，其核与壳之间可因物理或化学作用而相互连接和影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多层结构的碱催化剂及其制备方法，为现有碱催化剂领域增添一类新品种。

本发明另一个目的是为了提供上述这种催化剂的用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明涉及一种高稳定碱催化剂，所述高稳定碱催化剂为三层结构，基底为碳纳米管，第二层为高分散的碱金属碳酸盐纳米颗粒，第三层为多孔氧化物。

优选的，所述碱金属为钾、铷或铯；所述多孔氧化物为二氧化钛。

本发明还涉及一种高稳定碱催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、在0～30℃下将碳纳米管加入碱金属碳酸盐水溶液，超声处理40～80分钟；干燥后在空气中400～500℃下焙烧10～15小时，得碳纳米管/碱金属碳酸盐颗粒；

S2、将所述碳纳米管/碱金属碳酸盐颗粒分散在四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，超声处理40～80分钟；

S3、在步骤S2超声处理后的溶液中，边剧烈搅拌边逐滴滴加钛酸酯的四氢呋喃溶液；再加入去离子水和四氢呋喃的混合溶液，超声处理20～40分钟；

S3、分别用四氢呋喃和无水乙醇洗涤3～5次，并在氮气中300～700℃焙烧1～3小时，即得所述高稳定碱催化剂。

优选的，步骤S1中，碱金属碳酸盐水溶液中碱金属碳酸盐的浓度为0.01～1.0mol/L。

优选的，步骤S1中，所述碳纳米管与碱金属碳酸盐的用量比为1g:0.00002～0.002mol。

优选的，步骤S2中，所述碳纳米管/碱金属碳酸盐颗粒与四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液的用量比为1g:1～5L。更优选为1g:2L。

优选的，所述四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1～10:1。更优选为5:1。

优选的，步骤S3中，所述钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯或钛酸四丁酯。更优选为钛酸四丁酯。

优选的，步骤S3中，所述钛酸酯的四氢呋喃溶液与碳纳米管/碱金属碳酸盐颗粒的用量比为0.1～1L:1g；所述钛酸酯的四氢呋喃溶液中钛酸酯与四氢呋喃的体积比为1:50～200。更优选所述钛酸酯的四氢呋喃溶液与碳纳米管/碱金属碳酸盐颗粒的用量比为0.2～1L:1g；最优选为0.442L:1g。更优选所述钛酸酯的四氢呋喃溶液中钛酸酯与四氢呋喃的体积比为1:100。

优选的，步骤S2中，所述去离子水和四氢呋喃的混合溶液与碳纳米管/碱金属碳酸盐颗粒的用量比为0.01～0.5L:1g。更优选为0.05～0.225L:1g；更优选为0.09L:1g。

优选的，所述去离子水和四氢呋喃的混合溶液中去离子水和四氢呋喃的体积比为1:10～50，更优选为1:20。

本发明还涉及一种高稳定碱催化剂在用作草酸二酯脱羰制碳酸二酯催化剂中的用途。

优选的，所述草酸二酯包括草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸二苯酯。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明创新性地在高分散的负载型碱催化剂上采用层层组装的纳米技术制得具有多层结构的碱催化剂，该新型的碱催化剂在催化上比普通负载的碱催化剂具备更好的催化稳定性；

2)本发明的碱催化剂可作为草酸二酯脱羰制碳酸二酯催化剂，不仅催化性能优于碱金属碳酸盐，而且催化剂的寿命远长于普通负载型碱金属碳酸盐。