[发明专利]一种应用石墨烯催化一氧化氮制备硝基化合物的方法

说明书

本发明公开了一种应用石墨烯催化一氧化氮制备硝基化合物的方法。应用氧化石墨烯碳材料催化一氧化氮，与芳香族化合物等硝化底物反应制备硝基化合物。该方法用以替代传统硝酸/硫酸方法制备硝基化合物，提高了反应的原子利用率，节能减排，具有工业制备硝基化合物原子经济特性。

技术领域

本发明涉及一种制备硝基化合物的方法，尤其是一种应用石墨烯材料催化一氧化氮制备硝基化合物的原子经济方法。

背景技术

硝基化合物广泛用作医药、农药、香料、高能量密度材料、染料、高分子材料及其中间体等化学品，目前硝基化合物的工业制备应用硝酸/硫酸或硝酸/醋酸等强酸介质条件下的方法，这些制备方法已成为全球最严重的环境公害方法之一，具体体现在下面一些缺点：

a.反应的选择性差，产生大量过剩的有机异构体废物；

b.产生大量的废酸，强酸环境造成水和大气酸污染，以及强腐蚀性；

c.急剧放热反应形成操作不安定性和氧化副反应。

无机合成化学工业在工业制备硝酸时，技术途径是：氨催化氧化法首先合成一氧化氮，然后一氧化氮经空气进一步氧化为二氧化氮，二氧化氮被水吸收、经浓缩制成硝酸。考虑反应的原子经济性，一氧化氮作为硝基源，将节省后续氧化浓缩制备硝酸等多步能耗步骤，不形成液体酸反应环境制备硝基化合物具有节能减排的环境经济优越性。

发明内容

本发明的目的就是在于提供一种原子利用率高并具有环境经济特性和工业应用前景的制备硝基化合物新方法。

为实现本发明目的，一种应用石墨烯催化一氧化氮制备硝基化合物的方法，包括以下步骤：

A、将石墨烯、硝化底物、一氧化氮加入反应器中；

B、将反应温度设定为-20℃至180℃、反应压力设定为常压至7MPa；

C、在氧气氛中充分反应；

其中，所述的硝化底物为脂肪(环)族、芳香族和杂环族化合物或其混合物。

上述石墨烯优选氧化石墨烯或功能基接枝改性石墨烯。

上述技术方案中，所述反应温度优选室温，反应压力优选常压。

上述技术方案中，所述氧气氛既可以为空气，也可以为纯氧。

上述技术方案中，对于一些固态类的硝化底物，还可以在反应器中加入非质子溶剂步骤，所述非质子溶剂为正己烷、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、甲基吡咯烷酮或其混合物。

上述技术方案中，反应器可以选用釜式反应器，也可以选用管式反应器。

本发明所述的方法的硝化原理是：将被硝化底物在溶剂或底物原料自身溶剂中配成溶液，然后控制一定反应温度和压力，在分子氧气氛促进与石墨烯催化剂作用下，与一氧化氮发生反应制备硝基化合物。

硝化化合物制备过程如下：在被硝化底物体系中，通入一氧化氮硝化剂，在催化剂作用和氧气促进下，控制一定的温度和压力条件反应一定时间，反应结束后，从反应混合物中分离出产物，固体催化剂经过滤和洗涤后再生利用。

制备反应方式可以是间歇反应也可以是连续反应，反应相是气固液的非均相反应，反应器可以是釜式反应器也可以是管式反应器，不影响硝基化合物的选择性制备。

本发明所述的一种应用石墨烯催化一氧化氮制备硝基化合物的方法的化学反应通式见图1。

本发明方法与传统方法相比有着显著的优点，主要特点是：