[发明专利]负载铜的多孔氮化硼纳米棒催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种负载铜的多孔氮化硼纳米棒催化剂，所述催化剂包括铜物种和多孔氮化硼纳米棒；所述铜物种占所述催化剂重量的1‑20wt.％，所述多孔氮化硼纳米棒占所述催化剂重量的80‑99wt.％。本发明采用多孔氮化硼纳米棒为载体，以铜物种为活性组分，具有反应条件温和，催化反应性能优异，制备过程简单，成本低廉等特点。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种气相酯类加氢催化剂，尤其是一种负载铜的多孔氮化硼纳米棒催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

乙二醇(EG)是广泛使用的必需化学产品，可作为溶剂，防冻剂和聚乙二醇的原料等，市场潜力巨大。开发以煤基合成气为原料经草酸二甲酯(DMO)加氢生产EG的工艺，符合国家发展的重大战略需求。同时，DMO初步加氢产物乙醇酸甲酯(MG)是合成可降解塑料和生物可吸收材料聚乙醇酸的重要原料。实现初步加氢产物MG的高效选控合成，是打通煤制聚乙醇酸的关键和难点，也是提升煤制乙二醇工艺技术经济性与市场抗风险能力的重要方向之一。

铜基催化剂因其较好的碳氧双键选择性加氢性能，已经被广泛应用于草酸二甲酯加氢制乙二醇的反应中。普遍认为，铜基催化剂表面不同价态的铜活性物种在草酸二甲酯加氢中具有协同催化作用，其中零价铜物种催化解离氢气，一价铜物种活化酰基或甲氧基。

但是，当现有的铜基催化剂应用于草酸二甲酯加氢制乙醇酸甲酯的反应时，较高的草酸二甲酯转化率和较高的乙醇酸甲酯选择性不能兼得，这导致最终的乙醇酸甲酯收率较低。目前，还鲜有利用单独的铜基催化剂催化草酸二甲酯加氢获得80％以上高收率乙醇酸甲酯的研究报导，当然，更缺少能够通过简单调控制备催化剂时的合成条件来分别获得高收率乙二醇和乙醇酸甲酯的催化剂制备策略。

申请号为CN202011308508.X、名称为一种改性氮化硼负载金属催化剂及其制备方法和应用的中国专利公开了氮化硼载体和负载在改性氮化硼载体上的活性组分。该文献的实施例2中以铜为活性组分，其对草酸二甲酯(DMO)的转化率较低，而且乙醇酸甲酯(MG)的产物选择性较低。

由上述内容可知，寻找一种能够提高转化率以及产物选择性可调的催化剂具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种负载铜的多孔氮化硼纳米棒催化剂。该催化剂具有较高的草酸二甲酯的转化率，而且通过改变溶解硼源和氮源的溶剂种类与配比，可以实现高收率的乙醇酸甲酯或乙二醇的产物分布调控。

本发明采取的技术方案是：

一种负载铜的多孔氮化硼纳米棒催化剂，所述催化剂包括铜物种和多孔氮化硼纳米棒；

所述铜物种占所述催化剂重量的1-20wt.％，所述多孔氮化硼纳米棒占所述催化剂重量的80-99wt.％。

进一步的：所述催化剂为多孔棒状结构。

进一步的：所述催化剂比表面积为50-1900m²/g，平均孔容为0.1-0.9cm³/g，平均孔径为2-12nm。

进一步的：所述催化剂中的铜物种颗粒尺寸为1.0-20nm。

进一步的：所述铜物种颗粒尺寸为2-4.5nm。

本发明的另一个目的是提供一种负载铜的多孔氮化硼纳米棒催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将铜盐溶解在溶剂中，将多孔氮化硼纳米棒分散在溶剂中，将二者混合后调pH值至碱性，过滤后得到沉淀物；

清洗沉淀物，干燥后在气体保护气氛下焙烧，得到成品。

进一步的：所述多孔氮化硼纳米棒的制备方法包括以下步骤：

将氮源和硼源溶解在溶剂中，形成溶液或悬浊液；