[发明专利]一种含杂原子纳米碳材料及其制备方法以及一种硫醚氧化方法

说明书

本发明公开了一种含杂原子纳米碳材料及其制备方法，该方法包括将原料纳米碳材料与氧化剂在10‑40℃接触，将经氧化处理的纳米碳材料和有机碱分散在水中，将得到的水分散液于密闭容器中在110‑180℃进行反应，所述有机碱为胺和/或季铵碱，将经有机碱处理的纳米碳材料在550‑1200℃的温度下于非活性气氛中进行焙烧。本发明还公开了采用所述含杂原子纳米碳材料作为催化剂的硫醚氧化方法，与未经处理的纳米碳材料相比，该方法即便在较低的温度下进行氧化反应也能获得较高的硫醚转化率，而且能获得明显提高的产物选择性，特别是对于亚砜的选择性。

技术领域

本发明涉及一种含杂原子纳米碳材料的制备方法、以及由该方法制备的含杂原子纳米碳材料，本发明还涉及采用所述含杂原子纳米碳材料作为催化剂的硫醚氧化方法。

背景技术

亚砜类物质是重要的含硫化合物，如二甲基亚砜(DMSO)是一种含硫有机化合物，常温下为无色透明液体，具有高极性、高吸湿性、可燃和高沸点非质子等特性。二甲基亚砜溶于水、乙醇、丙酮、乙醚和氯仿，是极性强的惰性溶剂，广泛用作溶剂和反应试剂，例如，在丙烯腈聚合反应中作为加工溶剂和抽丝溶剂，作为聚氨酯的合成溶剂及抽丝溶剂，作为聚酰胺、氟氯苯胺、聚酰亚胺和聚砜的合成溶剂。并且，二甲基亚砜具有很高的选择性抽提能力，可用作烷烃与芳香烃分离的提取溶剂，例如：二甲基亚砜可用于芳烃或丁二烯的抽提。同时，在医药工业中，二甲基亚砜不仅可以直接作为某些药物的原料及载体，而且还能起到消炎止痛、利尿和镇静等作用，因此常作为止痛药物的活性组分添加于药物中。另外，二甲基亚砜也可作为电容介质、防冻剂、刹车油和稀有金属提取剂等。

目前，二甲基亚砜一般采用二甲基硫醚氧化法制得，一般采用以下几种生产工艺。

1、甲醇二硫化碳法：以甲醇和二硫化碳为原料，以γ-Al₂O₃作为催化剂，首先合成二甲基硫醚，再用二氧化氮(或硝酸)氧化得到二甲基亚砜。

2、二氧化氮法：以甲醇和硫化氢为原料，在γ-氧化铝作用下生成二甲基硫醚；将硫酸与亚硝酸钠反应制得二氧化氮；生成的二甲基硫醚与二氧化氮在60-80℃进行氧化反应生成粗二甲基亚砜，也有直接用氧气进行氧化，同样生成粗二甲基亚砜；粗二甲基亚砜经减压蒸馏，得到精制二甲基亚砜。

3、硫酸二甲酯法：将硫酸二甲酯与硫化钠反应，制得二甲基硫醚；硫酸与亚硝酸钠反应生成二氧化氮；二甲基硫醚与二氧化氮进行氧化反应，得到粗二甲基亚砜，经中和处理，蒸馏后得到精制二甲基亚砜。

采用阳极氧化法也可以由二甲硫醚生产二甲基亚砜，但是阳极氧化法的成本较高，不适于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含杂原子纳米碳材料，该含杂原子纳米碳材料作为催化剂，以二甲基硫醚作为原料，通过使用氧化剂将二甲基硫醚氧化得到二甲基亚砜，能够获得较高的二甲基硫醚转化率和二甲基亚砜选择性。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种含杂原子纳米碳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将原料纳米碳材料与至少一种氧化剂在10-40℃的温度下接触，得到经氧化处理的纳米碳材料；

(2)将经氧化处理的纳米碳材料和至少一种有机碱分散在水中，将得到的水分散液于密闭容器中进行反应，得到经有机碱处理的纳米碳材料，所述有机碱为胺和/或季铵碱，反应过程中，所述水分散液的温度保持在110-180℃的范围内；以及

(3)将经有机碱处理的纳米碳材料在550-1200℃的温度下于非活性气氛中进行焙烧。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了由本发明第一个方面所述的方法制备的含杂原子纳米碳材料。