[发明专利]一种掺氮介孔碳负载金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其涉及一种掺氮介孔碳负载金属催化剂及其制备方法和应用。本发明将柠檬酸和硝酸镁溶于水并进行蒸发，经发泡处理后得到干凝胶泡沫，将所述干凝胶泡沫依次经过焙烧、酸洗除镁后得到介孔碳材料；将氮源、介孔碳材料和溶剂混合蒸干经过二次焙烧后依次进行金属负载和还原处理，即得掺氮介孔碳负载金属催化剂。本发明提供的掺氮介孔碳负载金属催化剂的制备方法简单，应用于硝基类化合物选择性还原反应中，催化活性高，且还原制胺的选择性高达99％，催化效果表现优异。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其涉及一种掺氮介孔碳负载金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

卤代芳胺是一种重要的有机合成中间体，是化学试剂、染料、色素等化工产品，以及医药、农药、摄影药品等的主要原料。芳胺的主要制备方法是由其相应的芳硝基化合物经还原制得，目前进行硝基还原生产芳胺的的方法有铁粉还原法、硫化碱还原法、催化加氢法、氢转移还原法等。

铁粉还原法和硫化碱还原法在还原过程中容易产生大量的废水和有毒污泥，氢转移还原法常选用水合肼等为氢供体，毒性大不利于规模化生产，常用的催化剂在某些反应中催化活性低，不能广泛推广适用于各类硝基化合物。催化加氢作为一种相对绿色高效的制备芳胺方法，已经得到了广泛关注。并且对于卤代芳硝基化合物催化加氢制备时，常常发生脱卤副反应这一难题，导致产品收率和纯度降低，并且生成的卤酸还会对对催化剂和反应设备本身造成腐蚀，所以对于开发新型绿色的催化材料的需求越来越迫切。

介孔碳材料具有巨大的比表面积和孔体积，在催化剂载体、储氢材料、电极材料等方面有重要应用。但制备介孔碳材料的方法普遍繁琐，操作难度大，不利于工业生产，而且利用介孔碳载体直接浸渍得到的催化剂，容易造成金属颗粒聚集、流失等现象。因此，研究一种各方面性能优异的介孔碳材料就具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺氮介孔碳负载金属催化剂及其制备方法和应用，本发明制备方法简单，所得掺氮介孔碳负载金属催化剂具有催化活性高、催化选择性高的特点，应用于硝基类化合物选择性还原反应中，催化效果优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种掺氮介孔碳负载金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将柠檬酸和硝酸镁溶于水得到混合液，对所得混合液进行蒸发处理，得到透明溶胶；

2)将透明溶胶进行发泡处理，得到干凝胶泡沫；

3)将所述干凝胶泡沫细化后进行焙烧处理，得到焙烧料；

4)将得到的焙烧料经过酸洗除镁，得到介孔碳材料；

5)将氮源、介孔碳材料、溶剂混合后蒸干并焙烧得到掺氮介孔碳材料；

6)将所述掺氮介孔碳材料和金属粒子混合，进行金属负载处理，再进一步进行还原处理，即得掺氮介孔碳负载金属催化剂。

作为优选，在步骤1)所述混合液中柠檬酸和硝酸镁的浓度均为2～10mol/L；所述蒸发处理的温度为65～95℃，时间为1～6h。

作为优选，在步骤2)中所述发泡处理的温度为120～160℃，时间为3～7h；在步骤3)中所述焙烧处理的温度为600～900℃，时间为1～4h。

作为优选，在步骤4)中所述酸洗为用盐酸进行酸洗；所述盐酸的浓度为2～4mol/L；所述酸洗的温度为50～90℃，时间为4～9h。

作为优选，在步骤5)中所述氮源为尿素或8-羟基喹啉；所述氮源与介孔碳材料的质量比为1:(1～10)；所述溶剂为无水乙醇，氮源溶解后浓度为0.1～1mol/L；所述蒸干的温度为30～60℃，时间为1～4h；所述焙烧的温度为400～800℃，时间为1～4h。