[发明专利]一种用于直接合成过氧化氢的金催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于直接合成过氧化氢的金催化剂，包括Au元素和载体SiO₂，所述催化剂中零价Au⁰和带正电荷的Au⁺摩尔比Au⁰/Au⁺＝0.2～20。将该催化剂应用到以CO、O₂和H₂O为原料合成过氧化氢的反应中，表现出了优异的催化活性，实现了高效率一步法直接合成过氧化氢，本发明提供的催化剂的制备方法简单易操作，利用该反应进行过氧化氢的合成操作流程简化，产物收率高，有着良好的工业化前景。

技术领域

本发明属于金催化剂直接催化过氧化氢合成领域，具体涉及一种用于直接合成过氧化氢的金催化剂的制备方法及其在以CO、O₂和H₂O为原料合成过氧化氢反应中的应用。

背景技术

过氧化氢作为一种氧化剂，因其副产物只有水而得到了广泛的应用。在工业生产中，过氧化氢用于环氧丙烷、尼龙-6和过氧乙酸的生产、环己酮氨氧化以及制备维生素和硼酸钠等。过氧化氢稀释后可以制得医用双氧水，用来杀灭病菌；还可以作为漂白剂用于印染行业。

全球范围内过氧化氢需求强劲，需求以每年大约4％的速率持续增长，到2020年需求可能超过五百万吨。目前蒽醌法是生产过氧化氢的主要工艺方法，提供了全球95％的过氧化氢产能，这是一个间接生产的方法，操作流程较多。因此直接合成过氧化氢技术的研发就显得尤为重要。以CO、O₂和H₂O为原料进行双氧水的合成是一种十分有前景的合成路线，CO、O₂和H₂O作为合成过氧化氢的原料相比于以H₂和O₂为原料的方法，CO的爆炸极限更窄，在实际操作中操作空间更大，安全性更大；而且该反应目前在产率方面还有很大的提升空间。但该反应研究较少，尤其在非均相催化领域，仅有少数课题组进行过报道。例如Ma等(Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2004,210,157)报道过的利用La和B修饰的Ni/Al₂O₃催化剂，将其应用到以CO、O₂和H₂O为原料合成过氧化氢的反应中，过氧化氢的生成速率为0.07 0.228mol kg^-1h^-1；Ma等(Appl.Catal.A 2006,311,34)报道的利用P或B修改过的Ni/Al₂O₃催化剂，性能评价显示该催化剂最高的过氧化氢生成速率可以达到0.228molkg^-1h^-1；Feng等将Cu/Al₂O₃催化剂应用到该反应中，通过调变反应溶剂等工艺条件，过氧化氢的生成速率可以到达0.326mol kg^-1h^-1。可以看到Ni基和Cu基催化剂催化CO、O₂和H₂O生成过氧化氢效果较差，因此亟需开发设计新的催化剂体系实现高效率催化合成过氧化氢。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于直接合成过氧化氢的金催化剂及制备方法和应用，实现以CO、O₂和H₂O为原料高效率合成过氧化氢。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用于直接合成过氧化氢的金催化剂，包括Au元素和SiO₂，所述催化剂中零价Au(Au⁰)和带正电荷的Au(Au⁺)的摩尔比为Au⁰/Au⁺＝0.2～20。

在本发明的技术方案的一个优选实施方式中，所述催化剂中零价Au(Au⁰)和带正电荷的Au(Au⁺)的摩尔比为Au⁰/Au⁺＝1～10。