[发明专利]一种碳掺杂铜催化剂及其制备方法与它的用途

权利要求书

1.一种碳掺杂铜催化剂的制备方法，其特征在于该制备方法的制备步骤如下：

A、制备原料水溶液

将可溶性铜盐与碳源原料溶于去离子水中，得到铜离子浓度为0.04～0.4mol/L、碳源浓度为0.0025～0.02mol/L的原料水溶液；所述的碳源是聚乙二醇或聚醚；

B、分批投料

按照硅源中二氧化硅与去离子水的重量比为1：3～9，往带搅拌器的反应釜中加入硅源与去离子水，搅拌混合均匀，得到一种硅源溶液；按照硅源溶液与原料水溶液的重量比为1：2～10，在室温与搅拌的条件下，以分批方式往所述的硅源溶液中添加氨水与步骤A得到的原料水溶液，在加入氨水后，使用原料水溶液将其反应物料由碱性调节至酸性，接着使用氨水再调节至碱性；在添加最后一批原料水溶液之后，使用氨水将其反应物料的pH调节至11～13，得到一种碱性反应液；

C、老化与蒸氨

让步骤B得到的碱性反应液在室温与搅拌的条件下进行老化2～6h，得到的老化碱性反应液接着加热蒸发除氨，使碱性反应液变成中性反应液，再让该中性反应液进行离心分离，得到的固相经洗涤后进行冷冻干燥，得到所述的碳掺杂铜催化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤A中，所述可溶性铜盐是硝酸铜、硫酸铜或氯化铜。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤B中，所述的硅源是二氧化硅含量为以重量计30～40％的硅溶胶或200～800目的硅胶。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤B中，所述的分批方式是按照4～10批次添加所述的原料水溶液，并且是首先添加浓度为以体积计25～28％的氨水使反应物料的pH达到8～10，然后使用第一批次原料水溶液将所述反应物料由pH8～10调节至pH4～6并保持3～5min，接着使用同样浓度的氨水调节至pH8～10并保持3～5min，再使用下一批次原料水溶液将所述反应物料由pH8～10调节至pH4～6并保持3～5min，依此类推，最后一批次将所述反应物料调节至pH11～13。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，所述老化碱性反应液在温度75～95℃的条件下进行蒸发除氨，直至达到中性。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，所述的冷冻干燥是将洗涤的固相在温度-20℃～-10℃的条件下冷冻4～8h，然后在这个冷冻温度与压力10～30KPa的条件下进行干燥。

7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述制备方法制备得到的碳掺杂铜催化剂。

8.根据权利要求7所述的碳掺杂铜催化剂在甘油氢解制备丙二醇中的用途。

9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于该甘油氢解制备丙二醇的制备步骤如下：

A、还原

在管式炉中，所述的碳掺杂铜催化剂在氮气与氢气摩尔比1～6：1的条件下以升温速率2～4℃/min加热至250～350℃，在这个温度下进行还原反应4～16h，得到还原碳掺杂铜催化剂；

B、氢解

往高压反应釜中加入甘油含量为以重量计10～80％的甘油甲醇溶液，然后加入以甘油重量计5～15％的步骤A得到还原碳掺杂铜催化剂，在温度190～220℃与氢气压力4.0～7.0MPa的条件下搅拌反应5～14h，得到丙二醇产物。

10.根据权利要求8所述的用途，其特征在于该甘油氢解制备丙二醇的制备步骤如下：

A、压片成型

使用压片机将所述的碳掺杂铜催化剂压片成型，得到直径3～6mm与厚度3～6mm的成型催化剂，将该成型催化剂装到固定床反应器中；

B、还原

让氢气以每分钟通过固定床反应器的氢气体积与碳掺杂铜催化剂体积之比为5～15：1通过固定床反应器，同时在升温速率2～4℃/min的条件下将装填在固定床反应器中的碳掺杂铜催化剂加热至250～350℃，在这个温度下进行还原反应4～16h，得到一种还原碳掺杂铜催化剂；

C、氢解

使用高压泵将甘油含量以重量计10～80％的甘油甲醇溶液输送至固定床反应器中，同时高压氢气也输送至固定床反应器中，在氢气与甘油摩尔比4～12：1、进料空速0.5～2.5、温度190～220℃与压力4.5～6.5MPa的条件下进行反应得到丙二醇。