[发明专利]基于氮化碳纳米片催化剂的Knoevenagel缩合反应方法

说明书

本发明公开了一种氮化碳纳米片催化剂的制备方法，将氯化盐、碳氮源和溶剂按照质量比为(0.1～28):(2～6):(100～500)混合并搅拌均匀形成混合物；将混合物去除溶剂并干燥，后焙烧，焙烧后的固体用水多次洗涤、分离、干燥得到氮化碳纳米片催化剂。本发明还公开了一种氮化碳纳米片催化剂用于缩合反应方法。本发明制备氮化碳纳米片时反应物在水溶液中充分混匀，经一步热解法，氯化盐中的金属阳离子和氯离子在热运动的过程中破坏了层状的氮化碳的层与层之间的作用力，达到热剥离形成层状的氮化碳纳米片，提高了催化性能；用于苯甲醛和氰乙酸乙酯的缩合反应，温度最低可至30℃，所需的反应时间最长为4h。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体是一种基于氮化碳纳米片催化剂的Knoevenagel缩合反应方法。

背景技术

Knoevenagel缩合反应是合成α,β不饱和羰基化合物的重要反应，其产品是医药，化妆品以及农药工业的重要中间体。一般情况下，Knoevenagel缩合反应在碱性催化剂的作用下进行，催化剂主要有胺类、无机碱类。

对于苯甲醛与氰乙酸乙酯的Knoevenagel缩合反应生成α-氰基肉桂酸乙酯，已有多种方案，如张文飞等(催化学报,2013,34,559-566.)报道以MgO为催化剂催化苯甲醛与氰乙酸乙酯在80℃下Knoevenagel缩合，2h转换率可以达到72.5％，但该反应中转换率偏低；曹雨诞等(南京师范大学,2002)报道氨基功能化的介孔分子筛(HMS)对Knoevenagel缩合反应有很好的催化性能，具体在100℃以下的温和条件中，以氨基功能化分子筛作为催化剂，进行苯甲醛与氰乙酸乙酯缩合，反应进行2h，产率接近100％，然而该反应中的反应温度偏高；申请号为201210249723.6的中国专利披露了“合成α-氰基肉桂酸乙酯的有机固体碱催化剂、其制备方法及其应用”，用到的催化剂为N-丁基咪唑碱性离子液体功能化硅胶，催化苯甲醛与氰乙酸乙酯合成α-氰基肉桂酸乙酯时，需要催化剂占反应物的总重量的2％，温度为80～110℃，反应时间5～12h，离心沉降得到产品，其中的催化剂可回收并循环利用，然而该反应的反应温度偏高，反应时间偏长，不利于操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化碳纳米片催化剂的制备方法及基于上述催化剂的Knoevenagel缩合反应方法，氮化碳纳米片催化剂(C₃N₄-NS)的制备方法简单，原料易得，用于苯甲醛与氰乙酸乙酯的Knoevenagel缩合反应，反应温度可低至30℃，反应时间不高于4h，催化活性明显高于普通方法制备的C₃N₄，具有良好的可重复使用性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氮化碳纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将氯化盐、碳氮源和溶剂按照质量比为(0.1～28):(2～8):(100～500)混合并搅拌均匀形成混合物；

2)将混合物去除溶剂并干燥形成混合物A；

3)将混合物A置于马弗炉中焙烧形成混合物B；

4)将混合物B用水多次洗涤、分离、干燥得到氮化碳纳米片催化剂。

具体地，所述步骤1)中氯化盐为LiCl、NaCl、KCl中的一种，碳氮源为三聚氰胺、双氰胺或尿素中的一种，溶剂为去离子水。

优选地，氯化盐、碳氮源和溶剂的质量比为(0.627～13.82):(2～4):(100～500)。

更优选地，氯化盐、碳氮源和溶剂的质量比为(0.627～1.73):(2～4):(100～500)。

具体地，步骤2)中通过旋转蒸发去除溶剂，旋转蒸发的温度为60～80℃。

具体地，步骤3)中焙烧的温度为500～600℃，升温速率为1～10℃/min，焙烧时间为2～6h。