[发明专利]一种石墨烯负载金属氧化物催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂的合成方法，具体是一种石墨烯负载金属氧化物催化剂的制备方法。

背景技术

目前，鉴于化石资源的枯竭，研究和开发无公害、贮存量丰富、可再生、广泛的新能源成为研究重点。己糖作为可再生资源之一，其水解生成5-羟甲基糠醛(5-HMF)的研究已经引起广泛的重视。5-HMF是一个重要的化学平台化合物，可以用于制备多种高附加值的化学品，如各种农药和医药的前驱体化合物，燃料添加物2,5-二甲基呋喃等。因此，研究开发绿色催化体系实现己糖向5-HMF的高效转化具有非常重要的意义。

目前在促进碳水化合物转化反应中使用较多的催化剂是金属氧化物、金属氯化物、离子交换树脂、功能化离子液体和固体酸等。金属氧化物和固体酸催化剂等多相催化剂具有环境友好和易分离的优点，如在水中以Nb₂O₅·nH₂O做催化剂催化葡萄糖脱水生成5-HMF，同时加入助催化剂H₃PO₄可使5-HMF收率达52％；Sn-W混合金属氧化物催化葡萄糖，5-HMF产率达48％。但由于金属氧化物和固体酸一样比表面积小，催化活性偏小，且缺少促进葡萄糖向果糖异构化的活性位，不能有效促进葡萄糖异构化和多糖水解。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，提供一种石墨烯负载金属氧化物催化剂的制备方法，该方法以金属氯化物水溶液和石墨烯为原料，在碱性环境条件下，超声搅拌烘干制得。该方法制备的石墨烯负载金属氧化物催化剂，用于催化己糖转化制备5-HMF，实现“一锅法”己糖高效、绿色降解转化制备5-HMF，催化剂简单易得，催化活性高，选择性好，5-HMF的收率较高。同时实现催化剂的回收利用。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种石墨烯负载金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)取金属氯化物0.0004-0.0008mol，以水为溶剂配制成浓度为0.33-0.66mol/L的溶液1；

(2)将0.1-0.3g石墨烯和80-120ml 0.005-0.15mol/L碱金属氢氧化物溶液混合，室温下超声1-2h；超声结束后室温条件下搅拌22-26h，而后用去离子水将所得固体洗至中性，得到沉淀物1；

(3)将溶液1和沉淀物1混合，并再次超声1-2h，然后搅拌22-26h，用去离子水清洗所得固体，除去剩余反应物，得到沉淀物2；

(4)将沉淀物2与80-120ml 0.005-0.15mol/L碱金属氢氧化物溶液混合，超声1-2小时，然后搅拌22-26h；搅拌结束后，在60-80℃的条件下冷凝回流1-4h；用去离子水清洗所得固体，除去剩余反应物，在50-70℃下烘干，即得到石墨烯负载金属氧化物催化剂。

本发明具有如下优点：

1.所采用负载金属氧化物的石墨烯催化剂简单易得，催化活性高，选择性好，5-HMF的收率较高。

2.反应速率快，反应条件温和，不使用传统的均相催化剂和多相催化剂，负载金属氧化物的石墨烯催化剂高温可以溶解，促进己糖高效降解转化，低温可以析出回收再利用，减少对环境的污染。

具体实施方式

本发明提供一种石墨烯负载金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)取金属氯化物0.0004-0.0008mol，以水为溶剂配制成浓度为0.33-0.66mol/L的溶液1；

(2)将0.1-0.3g石墨烯和80-120ml 0.005-0.15mol/L碱金属氢氧化物溶液混合，室温下超声1-2h；超声结束后室温条件下搅拌22-26h，而后用去离子水将所得固体洗至中性，得到沉淀物1；

(3)将溶液1和沉淀物1混合，并再次超声1-2h，然后搅拌22-26h，用去离子水清洗所得固体，除去剩余反应物，得到沉淀物2；

(4)将沉淀物2与80-120ml 0.005-0.15mol/L碱金属氢氧化物溶液混合，超声1-2小时，然后搅拌22-26h；搅拌结束后，在60-80℃的条件下冷凝回流1-4h；用去离子水清洗所得固体，除去剩余反应物，在50-70℃下烘干，即得到石墨烯负载金属氧化物催化剂；

上述步骤(1)-(4)均在常压下反应。