[发明专利]一种多孔碳气凝胶催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于催化剂的制备技术领域，具体涉及一种多孔碳气凝胶催化剂及其制备方法与应用。该方法在高速搅拌条件下，首先将纤维素溶解，然后与过渡金属盐溶液混合，再依次经过凝固，干燥，碳化和水洗，即可使气凝胶的制备和过渡金属的负载同步实现，得到催化剂活性位点高度分散的多孔碳气凝胶。该催化剂稳定性好，催化活性高，可高效催化醛类、酮类或乙酰丙酸酯类与醇类有机物的转移氢化反应，其中由醛类制备醇类的转化率高达98～100％，醇类的选择性高达81～99％。由于该催化剂为固体气凝胶整体式催化剂，因此无需搅拌便可很好的分散在溶液中，且易于分离回收。此外，该催化剂采用纤维素为原料，成本低，且绿色环保可再生，制备工艺简单，易于工业化。

技术领域

本发明属于催化剂的制备技术领域，具体涉及一种多孔碳气凝胶催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

糠醛是一类重要的可再生生物质平台分子，可以用作起始原料通过催化转化生产各种高附加值的呋喃衍生物，以及生产液体烷烃和燃料的添加剂。其中糠醇是最具吸引力的产物之一。糠醇作为一种重要的化工原料，主要用于生产恒温树脂、耐腐蚀杂化混凝土等，也被广泛地用作溶剂和重要中间体，例如粘合剂和润湿剂等。糠醛加氢还原制备糠醇反应在温和条件下难以发生，催化剂对反应的转化起到了关键作用。目前，工业上采用的糠醛加氢催化剂主要为Cu-Cr系列催化剂，由于该系列催化剂有毒致癌，废弃后会产生严重的环境污染，因此开发高效、环保且可回收的糠醛加氢催化剂具有重要意义。

以多孔碳为载体，负载过渡金属催化剂是提高催化剂效率，实现催化剂可回收的有效方法。现有研究普遍采用直接将多孔碳浸渍在过渡金属溶液中来制备负载过渡金属的多孔碳催化剂，也有研究直接将气凝胶浸渍在过渡金属溶液中，再依次陈化，碳化，还原来制备负载过渡金属的多孔碳催化剂。然而，由于上述采用的多孔碳或气凝胶自身存在孔道，浸渍时，孔道对过渡金属的扩散会产生阻碍作用，因此会导致过渡金属在多孔碳上分布不均，从而降低催化剂性能。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种多孔碳气凝胶催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法得到的多孔碳气凝胶催化剂。

本发明的再一目的在于提供一种上述多孔碳气凝胶催化剂的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多孔碳气凝胶催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)水凝胶的制备

将纤维素溶解，形成均一透明溶液，再在搅拌条件下加入过渡金属盐溶液，得到混合液，密封进行反应，得到包含过渡金属氢氧化物的纤维素水凝胶；

(2)气凝胶的制备

将包含过渡金属氢氧化物的纤维素水凝胶冷冻干燥，得到包含过渡金属氢氧化物的纤维素气凝胶；

(3)气凝胶的碳化

将包含过渡金属氢氧化物的纤维素气凝胶置于惰性气氛中进行高温碳化，得到包含过渡金属氮化物和过渡金属氧化物的碳气凝胶，将碳气凝胶浸于水中，使过渡金属氮化物完全水解，过滤，洗涤至滤液呈中性，干燥，即得多孔碳气凝胶催化剂M_xO_y/CA。

优选的，步骤(1)中所述的纤维素溶解的方法为将纤维素溶解于-12℃的氢氧化钠/尿素溶液中，所述的氢氧化钠/尿素溶液中的氢氧化钠和尿素的质量分数分别为7wt.％和12wt.％。

优选的，步骤(1)中所述的过渡金属盐溶液中的过渡金属盐为锰盐或钴盐。

更优选的，所述的过渡金属盐为醋酸锰、硝酸锰、醋酸钴、硝酸钴或氯化钴。

优选的，步骤(1)中所述的搅拌条件为500～2000rpm，更优选为2000rpm。