[发明专利]一种BC/G/MPc三元复合催化剂及其原位合成方法

说明书

本发明公开了一种BC/G/MPc三元复合催化剂及其原位合成方法。所述的复合催化剂以细菌纤维素/石墨烯为载体，所述的金属酞菁为四磺酸基金属酞菁，其中心金属M是锰、铁、钴、镍、铜或锌离子中的一种；金属酞菁与细菌纤维素/石墨烯之间通过石墨烯与金属酞菁分子之间的π‑π相互作用实现固定；所述的合成方法是：将超声处理的石墨烯分散液和四磺酸基金属酞菁溶液加入到细菌纤维素基础培养基中，由木醋杆菌在30℃下静态培养；所得产物用盐酸溶液、氢氧化钠溶液和超纯水清洗，得到BC/G/MPc三元复合催化剂。采用本发明的技术方案制备细菌BC/G/MPc三元复合催化剂，具有设备简单、工艺简便，后处理容易，易于操作等优点。

技术领域

本发明涉及一种原位生物合成细菌纤维素/石墨烯/金属酞菁(BC/G/MPc)复合催化剂的方法，属于材料、化学与化工领域。

背景技术

金属酞菁是由四个对称的异吲哚单元通过亚胺桥键连接而成的18π电子共轭大环化合物，环内有一空穴，可以容纳元素周期表中的大多数元素。同时，金属酞菁外环的苯环上的氢原子可以被多种取代基取代。通过改变中心金属和外环取代基的种类，可以获得具有不同物理和化学性质的金属酞菁衍生物。金属酞菁特殊的结构导致其具有如下特征：(1)π电子在整个大环上共轭，且整个共轭分子呈现高度的平面性，各类氧化或还原催化反应可在该平面的轴向位置发生；(2)金属酞菁芳香环同时具有给电子特性和受电子特性；(3)金属酞菁化合物的化学性质相当稳定，耐常见的酸、碱和各种有机溶剂。因此，金属酞菁可作为催化剂用于催化氧化、还原、脱羧和羟基化等多种类型的反应。金属酞菁在溶液中具有易缔合形成低活性的二聚体或多聚体的倾向，减少了轴向配位所需的活性中心的数目，导致其催化反应效率下降。通过负载的方法可有效减少金属酞菁分子在溶液中的聚集，而载体和负载方法均对金属酞菁的催化活性产生影响。目前常用的负载型金属酞菁制备路线较为复杂、反应条件苛刻、后处理过程繁琐。因此，需要提供一种制备方法简单、反应条件温和、后处理方便的负载型金属酞菁复合催化剂制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的负载型金属酞菁制备路线较为复杂、反应条件苛刻、后处理过程繁琐等不足，提供一种制备方法简单、反应条件温和、后处理方便的负载型金属酞菁复合催化剂及其制备方法。

本发明涉及一种电导型细菌纤维素/石墨烯/金属酞菁(BC/G/MPc)三元复合催化剂，由细菌纤维素/石墨烯复合材料和原位负载在细菌纤维素/石墨烯复合材料上的金属酞菁组成。细菌纤维素/石墨烯复合材料通过在生物合成细菌纤维素的过程中引入石墨烯获得。

优选地，石墨烯在BC/G/MPc三元复合催化剂中所占的质量分数为0.50％-15％，金属酞菁在BC/G/MPc三元复合催化剂中所占的质量分数为1％-25％。

上述BC/G/MPc三元复合催化剂的合成方法，具体步骤如下：

步骤一、称取葡萄糖、蛋白胨、酵母浸膏和无水乙醇，溶解于超纯水中，获得备用细菌纤维素基础培养基；

步骤二、称取石墨烯置于超纯水中，再加入表面活性剂，水浴超声处理，得到石墨烯分散液；

步骤三、称取四磺酸基金属酞菁，溶解于超纯水中，得到四磺酸基金属酞菁溶液；

步骤四、将步骤二所得石墨烯分散液和步骤三所得四磺酸基金属酞菁溶液加入到步骤一所得备用细菌纤维素基础培养基中，搅拌分散均匀，得到混合培养基；对混合培养基进行灭菌后，加入木醋杆菌；

步骤五、将步骤四所得含有木醋杆菌的混合培养基水浴超声处理，并静态培养，静态培养过程中每隔预设时长进行一次水浴超声处理。

步骤六、将步骤五所得产物过滤并清洗，得到BC/G/MPc复合催化剂。

优选地，步骤一中，所得备用细菌纤维素基础培养基中的葡萄糖、蛋白胨、酵母浸膏和无水乙醇的质量分数分别为6-12％、0.5-1.5％、0.5-1.5％和0.5-2％。