[发明专利]一种不同形貌的Au/TiO2纳米晶催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种纳米材料在丙烯环氧化中的应用及其制备方法，特别涉及一种具有形貌效应的Au/TiO₂纳米晶催化剂，其制备方法，以及其用于丙烯环氧化制备环氧丙烷中的催化反应。

背景技术

金是一种对环境友好的贵金属，具有较高的催化活性，同时具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合的优良特性，成为最重要的催化剂材料，目前应用非常广泛。绝大多数的多相反应催化剂为载体负载贵金属型，如Au/Al₂O₃、Au/TS-1、Au/CeO₂等。金催化剂由于其高效的催化活性和选择性，在石油、化工、能源等领域中占有极其重要的地位。

在目前的科学研究中，合成不同形貌的TiO₂纳米晶比较成熟，但是大量研究Au/TiO₂纳米晶的形貌效应存在于模型催化和光催化以及理论计算中，在多相催化反应尤其是丙烯环氧化制环氧丙烷中很少有这方面的涉及，因此将不同形貌的Au/TiO₂纳米晶应用在丙烯环氧化制环氧丙烷反应具有极其重要的意义。

环氧丙烷是除聚丙烯和丙烯腈外的第三大丙烯衍生物，是重要的基本有机化工合成原料，主要用于生产聚醚、丙二醇等。它也是第四代洗涤剂非离子表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂等的主要原料。环氧丙烷的衍生物广泛用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业。已生产的下游产品近百种，是精细化工产品的重要原料。

丙烯是工业上制备环氧丙烷的重要原料，也是制备丙烯腈、丙酮、聚丙烯、合成橡胶、合成树脂等的重要原料。目前工业上生产环氧丙烷的方法主要是液相法，具体又可以分为氯醇法和共氧化法。氯醇法由于生产过程中使用氯气，产生大量有机氯化物而对环境造成严重污染；共氧化法则因反应过程中产生大量的联产物，而市场对环氧丙烷和副产品需求之间的不匹配制约了该法的普遍使用。在氧气或加入氢气的条件下实现丙烯的直接环氧化是理想的环境友好、能耗低的反应，具有重要的科学研究价值，但是传统的Au/TiO₂(P25)在H₂和O₂气氛下催化丙烯环氧化制环氧丙烷的转化率太低，单位质量的金生成环氧丙烷的速率比较小，所以找到一种简单高效制备的丙烯环氧化的催化剂，是现在该领域面临的技术难题。

针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种利用不同形貌的TiO₂纳米晶(包括TiO₂(001)和TiO₂(100))，通过沉淀沉积法合成的Au/TiO₂纳米晶催化剂，即利用不同形貌的TiO₂纳米晶(包括TiO₂(001)和TiO₂(100))制备出一种高效的用于丙烯环氧化反应的Au/TiO₂纳米晶催化剂。本发明同时提供其制备方法，以及将Au/TiO₂纳米晶催化剂高效的用在到丙烯环氧化制备环氧丙烷反应中。

发明内容

本发明的上述目的是通过下面的技术方案加以实现的：

一种不同形貌的Au/TiO₂纳米晶催化剂，所述的Au/TiO₂纳米催化剂是用不同形貌TiO₂纳米晶作为载体，通过沉淀沉积法将Au负载在TiO₂纳米晶上，其控制负载量在0.95％-1.05％。

如所述的一种不同形貌的Au/TiO₂纳米晶催化剂，其中所述的不同型貌的TiO₂纳米晶是主要暴露(001)面的TiO₂(001)和主要暴露(100)面的TiO₂(100)。

如所述的一种不同形貌的Au/TiO₂纳米晶催化剂，其中所述的Au/TiO₂纳米晶催化剂由下述方法制得：将TiO₂纳米晶置于三口烧瓶中，再加入50ml的去离子水，并加入Au和TiO₂质量比为1％的金前驱体溶液，将溶液pH调至7-10，在60℃下搅拌1h；再将得到的产物过滤洗涤，直到滤液用AgNO₃溶液检测不到沉淀为止；最后在真空中60℃干燥12h，400℃空气气氛下焙烧2h。