[发明专利]一种玄武岩纤维载体的固定床式苯甲醇制醛催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种玄武岩纤维载体的固定床式苯甲醇制醛催化剂及其制备方法，包括玄武岩纤维载体组分和催化浸润剂组分。该催化材料以纤维为载体，直接在生产过程中将具有催化活性的黏土材料负载Pd的分散液以浸润剂形式接枝于纤维表面，通过纺织形成一种三维网状的兼具催化性能和固定床功能的材料，简化了反应装置，暴露了更多Pd的催化活性位点数量，提高了催化剂与反应物质的可及性；同时包覆于纤维表面的无机浸润剂涂层有效的提高了催化网的耐腐蚀性，为工业上苯甲醇的催化氧化提供了更高效、性质稳定、易于回收、抗冲击能力更强、造价低廉、生产工艺简单且催化剂和催化床一体的新型材料。

技术领域

本发明公开一种玄武岩纤维载体的固定床式苯甲醇制醛催化剂及其制备方法，是一种用于苯甲醇氧化制备苯甲醛的催化材料，同时还提供了其制备方法，属于化工材料技术领域。

背景技术

醛类作为食品、医药、染料等香料工业的高价值成分，具有很高的价值。它通常通过苄基氯的水解或甲苯的氧化制备。但是氯污染或更多的副产品限制了其应用。所以为了满足环境需求，在催化剂作用以氧气或双氧水为绿色氧化剂将苯甲醇(BzOH)催化氧化为苯甲醛(BzH)在实验室和化学工业中都引起了广泛关注。贵金属纳米粒子(NPs)如Pt、Pd、Ru、Au等由于表面原子配位不全以及尺寸效应，使其具有较高的催化活性。但是贵金属纳米粒子由于表面能的作用容易逐渐生长成无活性的大颗粒，所以Pd纳米颗粒需要负载在合适的载体上。以前研究学者们通常将其负载于金属氧化物，玻璃纤维或者黏土上(CN107042108B；CN107519932A；CN101596454A；Zhang，A fixed-bed photoreactor usingconjugated nanoporous polymer-coated glass fibers for visible light-promotedcontinuous photoredox reactions，2017)，虽然所发明材料都不同程度上提高了选择性和转化率，但是却因为粉末催化剂具有团聚效应导致活性位点暴露不充分以及产物和催化剂难分离，而玻璃纤维会在强氧化环境中失去载体骨架效应难以满足工业上以双氧水为氧化剂催化氧化苯甲醇。

与上述载体相比，玄武岩纤维与玻璃纤维相比，在连续强氧化流体环境下具有极高的抗腐蚀性、抗冲击性和耐热性等，具有不可比拟的优势。玄武岩纤维的可编织性使其可以制备成三维网络微结构，为其制备制成兼具催化性能的薄的褶皱片结构、填充床等固定装置提供了可能性。考虑到多相催化剂因氧化腐蚀而机械性能下降导致结构破坏的技术问题，采用耐腐蚀性较强的无机润湿剂作为改性涂层优势明显。黏土颗粒在水性介质中可以交联形成连续的网络结构，由于其良好的触变性和溶胀性，可以形成均匀的薄膜，与纤维表面硅羟基反应并形成新的–Si–O–Si–键涂覆在纤维表面形成包裹层，可以有效抵抗或减缓介质的表面侵蚀作用，为在生产过程中用作纤维改性浸润剂提供了可能性。此外，黏土颗粒具有离子交换特性和表面负电性，在还原剂的作用下，通过静电吸附在蒙脱石表面原位将Pd²⁺还原成Pd⁰，增加了金属纳米粒子的分散性，从而暴露更多的活性位点与反应物苯甲醇充分接触。所以，黏土也为贵金属纳米粒子负载在纤维上提供了“桥梁”。据我们所知，用无机浸润剂改性玄武岩纤维在催化领域作为固定床的应用或专注于解决催化剂/溶剂分离问题的报道很少。所以本发明的黏土负载Pd的无机浸润剂改性玄武岩纤维催化网的主体材料都利用了经济且无毒无害的无机材料，以与其他传统催化剂不同的有益方式控制压降、解决催化剂/溶剂分离问题和提升了接触效率。

综上，一种玄武岩纤维载体的固定床式苯甲醇制醛催化剂是一种催化活性高，力学稳定性好，耐腐蚀强，简化反应工艺且造价低廉的环境友好型材料，具有良好的经济效益和社会效益。

发明内容

拟解决的技术问题

1.本发明提供了一种玄武岩纤维载体的固定床式苯甲醇制醛催化剂，在于进一步提高苯甲醇的催化氧化效率。

2.本发明提供了一种玄武岩纤维载体的固定床式苯甲醇制醛催化剂，在于进一步提高在连续腐蚀性流体作用下催化床的耐腐蚀性。