[发明专利]介孔Co3O4催化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

技术领域

本发明涉及介孔Co₃O₄催化剂的制备方法及其产品和应用，主要涉及介孔Co₃O₄催化剂在乙醇选择性氧化制备乙醛中的应用。

背景技术

乙醛作为一种二碳试剂和亲电试剂具有原手性，被视为有机合成的重要中间体，目前在合成氨基酸，构建杂环环系等方面展示了独特的优越性，适用于农药、水果香精、酒用香精等的合成，因此，乙醛在化学工业中发挥着重要的作用。现如今合成乙醛的方法主要有乙烯直接氧化法，乙炔直接水合法和饱和烷烃类氧化法，这些方法最主要的特点是采用不可再生能源品石油的裂解产物作为反应物，并且需要贵金属作为催化剂的活性组分。随着社会的发展，能源利用逐渐出现危机，而化学工业的发展也将逐渐从化石燃料过渡到可再生能源，因此，寻找一种廉价宜行的替代原料已是制备乙醛的当务之急。

乙醇年产量超过892.5亿升，生产技术成熟，产品纯度高，近些年生物质发酵等新兴乙醇制备技术已具备工业生产能力，因此，通过乙醇催化转化制备其它功能性化学品引起了广泛关注。传统的乙醇氧化制备乙醛方法采用贵金属Au、Pt、Ag等作催化剂，虽然它们富集空气氧分子能力强，具有高的催化活性，高的反应物转化率，但选择性差，且价格非常昂贵。对非贵金属催化剂如，铁、铜和钒基等催化剂的研究发现，这些催化剂制备过程复杂，对设备要求高，而且催化活性较低(乙醇转化率<40％)。而采用高毒性的含Cr或KMnO₄催化剂等则会给环境造成巨大压力。另外，目前乙醇选择性氧化制备乙醛的反应中使用最多的催化剂是含氧化合物和过氧化物，虽然其自身具有氧化能力，但同时也具有强烈的腐蚀性，其蒸汽或雾会对人体或环境造成危害。因此，寻找一种既经济又环保，且具有高的乙醇选择性氧化活性和产物的乙醛选择性催化剂势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供介孔Co₃O₄催化剂的制备方法及其产品和应用，通过该催化剂能够催化乙醇选择性氧化制备乙醛，且催化剂制备过程简单，条件温和，催化氧化性能良好。

本发明采取的技术方案如下：

1、介孔Co₃O₄催化剂的制备方法，包括如下步骤：

取P123溶于体积分数为40～60％的乙醇溶液中，用NaOH将溶液pH调至12～14并搅拌，再加入NH₄F作为辅助试剂，然后用盐酸将溶液pH调至12～14并搅拌，之后加入溶胀剂扩孔，再加入Co(NO₃)₂的乙醇溶液并在30-40℃水浴条件下搅拌15-25h，75-85℃条件下晶化40-50h，抽滤，将过滤所得固体于75-85℃真空干燥，并以1-5℃/min的升温速率在300-500℃条件下焙烧3-8h，获得介孔Co₃O₄催化剂。

优选的，所述溶胀剂为正丁醇、正辛醇或正十二醇。

优选的，包括如下步骤：

称取一定量的P123溶于体积分数50％的乙醇溶液中，用NaOH将pH调节为12～14，搅拌2～4h后加入NH₄F，再加入HCl将溶液pH调至12-14并搅拌20～40min，然后加入正己醇扩孔，搅拌30～60min后加入Co(NO₃)₂的乙醇溶液并置于35℃水浴搅拌15～25h，然后置于80℃烘箱中晶化48h，抽滤，将过滤所得固体产物于80℃真空干燥，最后以2℃/min的升温速率在400℃条件下焙烧5h，获得介孔Co₃O₄催化剂；其中，P123：NH₄F：Co(NO₃)₂的重量比为87:1:29。

每1.00g的Co(NO₃)₂·6H₂O可溶解于7.31ml的乙醇中，可以此计算Co(NO₃)₂与乙醇之间的用量关系，进而获得Co(NO₃)₂的乙醇溶液。

2、所述制备方法获得的介孔Co₃O₄催化剂。

3、所述介孔Co₃O₄催化剂在催化乙醇选择性氧化制备乙醛中的应用。