[发明专利]一种无定型羟基氧化铁超级粒子的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种无定型羟基氧化铁超级粒子的制备方法及其应用，属于催化材料技术领域。无型羟基氧化铁超级粒子的制备是以六水合氯化铁为原料，先后利用氧化‑还原法，共沉淀法及原位水解法制得。在得到此材料后，本发明以水合肼为氢供体,在水溶液中催化还原硝基化合物为对应芳胺的方法。实验结果表明，该催化剂具有高转化率、高选择性和可重复使用的优势,而且以水为溶剂，实现了环保的要求。该催化剂的发明对推动芳胺的生产具有重大意义。

技术领域

本发明涉及一种无定型羟基氧化铁超级粒子的制备方法及其应用，属于催化材料技术领域。

背景技术

芳胺是有机合成反应中重要的中间体,广泛应用于医药、农药、颜料、染料的合成等诸多领域。据报道，到2020年，芳胺的相关产业的市值将达到2000亿。通常，芳胺是通过芳香族硝基化合物的还原制备的。常用的方法主要包括催化加氢法、活泼金属还原法、水合肼还原法等。在该类反应中，常用的氢源有氢气，硼氢化钠，水合肼，异丙醇等。催化加氢法通常需要加压,因此对设备要求较高,存在一定的危险。因此开发反应条件温和的催化体系用于这类反应具有较大的意义。

以水合肼为还原剂，还原的副产物仅为氮气和水,安全环保，近年来，受到了行业的高度重视。目前水合肼还原法的研发重点是开发新型高效的催化剂。水合肼还原法的催化剂包括贵金属催化剂，非贵金属催化剂和非金属催化剂等等。贵金属催化剂存在着价格昂贵、催化剂制备步骤复杂、催化剂易中毒等缺点,不能符合市场的需求，难以大规模应用。相对而言，铁基化合物催化剂具有廉价、来源广泛、对反应设备要求低、反应条件温和等优点。

发明内容

本发明的目的是提出一种无定型羟基氧化铁超级粒子的制备方法及其应用，用于制备无定型羟基氧化铁超级粒子的方法包括三个化学反应：氧化还原反应，共沉淀反应和原位水解反应，并将该制备的无定型羟基氧化铁超级粒子用于工业生产中的催化剂，用于催化还原硝基化合物。

本发明提出的无定型羟基氧化铁超级粒子的制备方法，包括以下步骤：

(1)将表面活性剂加入到乙二醇中，表面活性剂的质量分数为1％-5％，当表面活性剂完全溶解后，在反应体系中加入六水合氯化铁，六水合氯化铁的质量分数为0.5％-1％，溶液变成血红色，记为第一溶液；向第一溶液中加入尿素，加入的质量分数百分比为：尿素︰第一溶液＝(0.5％-3％)︰1，得到第二溶液；利用功率为120W h的超声清洗机对第二溶液进行超声处理，处理时间为15-60min，最后在80-200℃的油浴中加热5-45min，反应液由黄色变成黄绿色，记为第三溶液；对第三溶液进行回流加热30-120min后，至第三溶液完全变成绿色后，停止反应，并将第三溶液冷却至25℃，对第三溶液进行减压过滤，收集得到绿色沉淀物，用无水乙醇洗涤绿色沉淀物；将绿色沉淀物在25℃的真空干燥箱中干燥12h，得到乙醇酸铁；

(2)将上述步骤(1)准备得到的乙醇酸铁分散在乙醇-去离子水的混合溶液中，得到第四溶液，在第四溶液中，乙醇和去离子水的体积比为：乙醇︰去离子水＝1︰(5-20)，乙醇酸铁的质量分数为0.1％-1％；将第四溶液置于功率为120W h的超声清洗机中超声处理5-30min，利用转速为500r/min的搅拌器在室温条件下搅拌3-10小时；在此过程中，绿色溶液水解成棕黄色溶液，停止搅拌，出现棕黄色固体沉淀；将上述反应液减压过滤，并用去离子水洗涤，得到滤饼，将所得滤饼在85℃的真空干燥箱中干燥12h，最后获得无定形羟基氧化铁分层超级粒子。

上述制备方法中的表面活性剂可以为：聚乙烯吡咯烷酮、四丁基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。

本发明方法制备的无定型羟基氧化铁超级粒子的应用，可以将其应用于芳香族硝基化合物的还原，包括以下步骤：