[发明专利]一种改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂及制备与应用

说明书

本发明属于催化材料技术领域，公开了一种改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂及制备与应用。所述制备方法为：将半纤维素进行碱化预处理与丙烯酰胺进行反应，得到改性半纤维素；将改性半纤维素溶于水中，加入甲基丙烯酸、异丙基丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、引发剂和交联剂进行交联反应，得到孔隙可调的高吸水性半纤维素凝胶；将所得凝胶切片后在去离子水中浸泡后浸入贵金属盐溶液，然后加入还原剂还原，即得改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂。本发明的催化剂以可再生、可降解的半纤维素作为生物基载体，具有原料廉价易得，催化活性高，易操作，易回收的优点，可应用于碳碳偶联反应。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂及制备与应用。

背景技术

随着化石能源的日渐减少，从可再生资源中获取新材料新能源是使经济和环境可持续发展的未来发展趋势。

半纤维素是植物细胞壁中的主要组分之一，约占木质纤维素原料的25-40％，是地球上最丰富、最廉价的可再生资源之一。就目前来说，半纤维多是通过转变为热能而进一步利用，这种方式不仅低效，而且会对环境造成污染。因此合理、高效的利用半纤维素是生物质资源开发利用的重要研究方向。由于半纤维素分子链上含有大量的羟基，可以进行各种化学修饰，且其支链结构又有助于溶于各种溶剂，这为制备以半纤维素为载体的异相催化剂提供了有利条件。

目前使用较多的催化剂有均相催化剂和负载型催化剂，二者在催化效率和回收利用方面均不能兼顾，如均相催化剂虽然催化效率高但不易回收利用，负载型催化剂多使用无机载体，虽然有利于回收利用，但其催化效率有所下降，且对环境造成了一定的污染。因此学者们通过研究提出了以水凝胶为载体的催化剂。水凝胶具有温敏性、酸敏性和离子反应活性，且其三维网络结构能够在水和有机溶剂中润胀，多孔结构有助于吸附负载金属纳米离子，避免聚集失活。以水凝胶为载体的非均相催化剂则更容易回收和循环使用。

在催化反应中，金属纳米粒子作为催化剂表现出传统催化剂难以比拟的优异特性。其中，贵金属钯(Pd)催化的交叉偶联反应则是有机化学合成中生成C-C键最重要和最便捷的方法，这些反应在制药、电子工业、先进材料和化学品的生产中具有巨大的商业价值。近年来研究人员对金属纳米粒子的载体材料进行了深入探讨，其中高分子聚合物由于其具有易被修饰、功能化、与金属纳米粒子之间能形成更稳定的化学键等特点而被广泛关注。天然有机高分子聚合物则又由于产量大、可再生、可降解等优势更为受到重视，其中半纤维素的资源丰富性及易溶解性使得其与金属配位衍生物在化学合成、生物、医药和食品安全等领域具有重要应用前景。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂在碳碳偶联反应中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)称取半纤维素，在水中溶胀后，加入碱溶液进行碱化预处理，然后加入丁醇搅拌均匀，再加入碱溶液和丙烯酰胺进行改性反应，反应完成后调节反应液至中性，倒入乙醇中沉淀，将沉淀物溶解在水中透析后冷冻干燥，得到改性半纤维素；

(2)将步骤(1)所得改性半纤维素溶于水中，加入甲基丙烯酸、异丙基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂和交联剂进行交联反应，得到凝胶；

(3)将步骤(2)所得凝胶切片后在去离子水中浸泡3～5天，将浸泡好的凝胶浸入贵金属盐溶液中，向溶液中加入还原剂还原，即得改性半纤维素凝胶负载贵金属催化剂。