[发明专利]一种钌基植物体石墨化多功能材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种植物体石墨化多功能材料及其负载钌基纳米催化剂的制备方法及应用，包括以下步骤：1)植物体经粉碎、烘干后，依次加入0.2～4.2g尿素，0.5～3.5mL氨水，1.5～5.0mL乙醇，超声处理2～12h，然后转移到反应釜中，120～180℃水热处理6～12h，产物于4000rpm离心10min后转移到管式炉中，在Ar气保护下，先在90～130℃下干燥3～5h，升温速率1℃/min，再在300～500℃下进行石墨化2～3h，升温速率2℃/min，随后冷却至室温；2)在Ar气环境中，按一定比例将金属前驱物和步骤1)所得多孔石墨化碳材料加入到3～7mL乙醇中，于1000rpm搅拌12h使之完全分散，再加入2～10mL还原剂(0.2～2.0M)于60～100℃反应0.5～2h，产物经5000rpm离心分离10min后在90℃下真空干燥6h。所合成催化剂用于高效催化加氢乙酰丙酸制备γ‑戊内酯。

技术领域

本发明属于环境材料技术领域和环境友好催化技术开发清洁燃料领域，具体涉及一种钌基植物体石墨化多功能材料的制备方法及其应用，该方法采用植物体石墨化多功能材料作为载体，通过简单浸渍法负载钌催化剂在温和条件下转化生物质平台化合物乙酰丙酸制备γ-戊内酯。

背景技术

目前以石油、煤炭为主的世界能源结构导致的全球性环境问题主要体现在温室效应、臭氧层破坏、酸雨等方面。我国以石油、煤炭为主的能源结构也引起了非常严重的大气污染，并且二氧化碳和二氧化硫的排放量都位居世界各国前列。另一方面，在过去的几十年里，由于化石资源的日渐枯竭、原油价格的增加以及能源需求的持续增长等诸多因素致使寻求开发可再生资源合成具有高价值的化学产品和清洁燃料备受瞩目。

作为一种重要的绿色平台化合物，乙酰丙酸已经引起世界诸多研究者的广泛的兴趣。至今为止，已利用乙酰丙酸良好的活性制备了各类高价值的化合物和新型的高分子材料，其中乙酰丙酸可通过加氢和闭环内酯转化形成广泛使用的精细化学品γ-戊内酯。γ-戊内酯既可作为增塑剂、润滑剂、食品赋香剂、非离子型表面活性剂的胶凝剂，也可用作合成医药、树脂溶剂及各种相关化合物中间体。同时，γ-戊内酯还是一类理想的可再生绿色生物质燃料，具有合适的极性和较高的能量密度，可与现有的运输燃料任意比例混溶，有着良好的应用潜力，近年来受到越来越多的研究者们的重视。

现有合成γ-戊内酯的工艺大多用贵金属作为催化材料，虽然转化效率较高，但一般需要在较为苛刻的条件下才能实现。想要在比较温和的条件下还原乙酰丙酸通常需要加入额外促进剂，例如碱性化合物，这样就不可避免地将反应系统复杂化，导致目标产物分离难度增加。此外，另一个不可忽视的问题是乙酰丙酸直接催化加氢容易产生2-甲基四氢呋喃，一种过度还原产物，并且这种物质极易在空气环境中发生过氧化，产生易燃易爆的危险物质。因此，目前急需寻求一种更为安全高效、工艺简单、绿色环保的γ-戊内酯合成途径。

发明内容

针对以上现有催化转化生物质平台化合物乙酰丙酸制备γ-戊内酯工艺中存在的问题，本发明旨在提供一种新型植物体石墨化多功能碳负载金属钌催化剂在温和条件下实现乙酰丙酸催化加氢制备γ-戊内酯过程，所述方法操作简单，成本低廉，具有较强工业化应用潜力，并且有效利用非食用性植物体制备多孔石墨化碳载体；所述催化材料转化效率高，选择性好，稳定性优越。

本发明的主要目的在于提供一种钌基植物体石墨化多功能材料的制备方法及其应用，具体包括以下步骤：

(1)在内置于高温高压反应釜的100mL玻璃内衬中，将乙酰丙酸和纳米钌基复合催化材料按一定比例加入到5～10mL水溶液中，随后连续3次通入N₂气并抽真空，保证反应釜内空气完全去除；

(2)在反应釜中充入H₂气，并控制其压力在20～80bar内，当反应体系达到100～220℃后反应5～10h，在整个催化加氢过程中持续磁力搅拌，转速为800～1800rpm；