[发明专利]一种悬浮离子催化剂及制备方法与用途

说明书

本发明公开了一种悬浮离子催化剂及制备方法与用途，本发明以离子型多孔材料为载体，通过离子交换的方法在其孔道内引入带相反电荷的离子型小分子催化剂，即得到悬浮离子催化剂，并应用于非均相催化反应。悬浮离子催化剂用于催化氧化苯甲醇时，反应条件温和，催化活性高，无污染，稳定性好，成本低，催化剂可以简单回收重复利用，反应物的转化率以及产物的选择性高，后处理简单。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，尤其涉及一种悬浮离子催化剂及制备方法与用途。

背景技术

催化剂是现代化学工业的基石，通过改变化学反应路径使化学反应在相对温和的条件下进行。相比于均相催化剂，非均相催化剂具有容易与产物分离和可多次重复利用的优点。实现均相催化剂多相化的主要途径是选择适当的固体材料作为载体，然后通过强相互作用(包括配位键、共价键和超分子作用力)将分子催化剂固载在固体载体表面或孔道内，达到防止催化活性组分流失的目的。但是这种技术必然会不可避免地造成部分活性中心被堵塞而致使活性中心不能被高效利用，导致催化剂在催化反应时其催化活性低于对应的均相催化剂。另外，多数固体材料的比表面积相对较低，也不可避免地造成了活性中心分布不均匀、空间利用率低等问题。因此，非常亟需发展多相催化剂提高催化效率与选择性。

发明内容

本发明的目的在于针对目前多相催化剂存在的问题，提供一种悬浮离子催化剂及制备方法与用途。本发明提供的多相催化剂可以在较温和的条件下合成，合成成本低，合成工艺简单，环境友好，催化效率高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种悬浮离子催化剂，它主要以带正电荷或带负电荷的离子型多孔材料为载体，带相反电荷的小分子催化剂为活性中心。

进一步地，所述离子型多孔材料选自金属-有机框架材料、有机高分子材料、多孔硅材料。

进一步地，所述带相反电荷的小分子催化剂选自锰离子、钴离子、铁离子、钌离子、铜离子、铝离子、铬离子以及它们的配位化合物。

本发明还提供了一种上述悬浮离子催化剂的制备方法，所述方法具体为：将带相反电荷的小分子催化剂溶解于有机溶剂或水中，再放入离子型多孔材料，与带相反电荷的小分子催化剂进行离子交换，直到离子型多孔材料中的抗衡反离子全部被带相反电荷的小分子催化剂交换；当离子交换结束以后，加入甲醇洗涤除去催化剂表面吸附的带相反电荷的小分子催化剂。重复多次直至把固体表面带相反电荷的小分子催化剂全部除去，得到悬浮离子催化剂。

进一步地，所述有机溶剂选自DMF、甲醇、乙腈和四氢呋喃。

本发明还提供了一种上述悬浮离子催化剂的用途，所述用途为将悬浮离子催化剂用于催化氧化苯甲醇，具体为：将悬浮离子催化剂加入含有TEMPO、2,2'-联吡啶和苯甲醇的溶液中，在压力为1个大气压的氧气气氛下，65℃反应16小时，苯甲醇被完全氧化；所述悬浮离子催化剂、TEMPO、2,2'-联吡啶和苯甲醇的摩尔比为10:100:5:1000。

本发明还提供了一种上述悬浮离子催化剂的用途，所述用途为将悬浮离子催化剂用于催化氧化苯甲醇，具体为：将悬浮离子催化剂加入含有TEMPO、2,2'-联吡啶和苯甲醇的溶液中；在压力为1个大气压的氧气气氛下，以300W氙灯为光源，室温光照反应10小时，苯甲醇被氧化；所述氙灯用滤光片滤掉波长小于400nm的紫外光部分。

本发明与现有的技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明的悬浮离子催化剂制备过程简单，稳定性好，成本低；

2、悬浮离子催化剂可以通过简单离心回收利用，多次循环使用而不降低催化活性；

3、反应条件温和，催化活性高，无污染；

4、催化活化氧气氧化苯甲醇，合成苯甲醛的产率高，选择性高，后处理简单。

具体实施方式