[发明专利]一种均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂及其制备方法，制备工艺为：将草酸加入到去离子水中溶解，加入偏钒酸铵混合，加入三氯化钛溶液，高速搅拌形成含钒钛的前驱体溶液；将含钒钛的前驱体溶液中加入聚合物溶液，高速搅拌后形成稳定悬浮的微乳液，将微乳液倒入仿穿山甲鳞片的具有凹槽的扇形薄片模具中，低温迅速冷冻后，真空冷冻干燥，取出，再经表面微刻蚀处理，制备得到仿穿山甲鳞片结构的多孔钒钛催化剂。本发明制备的多孔钒钛催化剂具有仿穿山甲鳞片的具有微观和宏观的凹槽的扇形结构，用于均四甲苯气相氧化反应制备均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸，比表面积大，催化活性大，催化效果好。

技术领域

本发明属于化学溶剂催化剂材料技术领域，具体涉及一种均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂及其制备方法。

背景技术

自然中许多生物具有精妙无比的微观结构，如硅藻是一种单细胞生物，具有二氧化硅组成的丰富多样的多孔壳结构，蝴蝶的鳞片结构中，厚度仅为 1mm，远小于人工宽带光学反射器的必须厚度通常大于 50mm，甲壳虫的鳞片结构具有针对选择特性，人们在研究材料及其结构设计的过程中，自然界生物系统的自适应结构及性能给予了人们很多启示。

穿山甲的鳞片具有特殊的高强和耐磨的性能，可以起到重要的防护作用，而且具有一定的回弹性和减粘脱土，因此常被用于制备耐磨防粘的仿生功能材料，但随着科学技术的飞速发展，研究发现穿山甲的鳞片表面具有微观层状鳞片结构，鳞片之间形成垛状，鳞片中也含有镁铝硅钙铁等多种微量元素，在特殊材料和药用领域有更加深刻的认识，但是将穿山甲鳞片的特殊结构用于催化剂的制备中的研究并不多见。

中国专利CN 102941102B公开的一种复合铜粉催化剂的制备方法，将铜屑经球磨和气流分级筛分后形成片状铜，将电解铜块放入熔炼炉中融化形成铜液，用木炭层覆盖防氧化处理后，升温，先后加入高纯度的锡块和锌块，形成铜锡锌混合液，经水雾化或者气雾化处理，得到铜锡锌合金粉末，分离干燥筛分后，再次经球磨处理得到鳞片状铜锡锌合金粉末，将片状铜与鳞片状铜锡锌合金粉末按比例混合制备得到复合铜粉催化剂，该复合铜催化剂主要用于有机硅单体合成中使用，催化剂表面凹凸缺陷多，比表面积大，提高了主催化铜相的催化性能，催化特性明显优于普通的复合铜粉，提高二甲基二氯硅烷的选择性，延长合成反应周期，降低成本，提高经济效益。由上述现有技术可知，通过对主铜催化剂进行片状处理，且表面存在凹凸缺陷，显著提高了铜催化剂在有机硅单体合成中催化效率，因此，将金属催化剂的形态依据穿山甲鳞片结构进行仿生处理，用于均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的制备工艺中，也有望取得较好的催化效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂及其制备方法，将钒钛的前驱体溶液与聚合物溶液均质搅拌形成稳定悬浮的微乳液，将微乳液倒入仿穿山甲鳞片的模具中固化成型后，经冷冻干燥和微刻蚀处理，得到含宏观和微观凹槽的扇形多孔钒钛催化剂，该催化剂比表面积大，催化活性大，用于均四甲苯气相氧化反应制备均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸中催化效果好。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于均四甲苯气相氧化反应制备均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂，其特征在于，所述用于均四甲苯气相氧化反应制备均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂为仿穿山甲鳞片结构的多孔钒钛催化剂，所述仿穿山甲鳞片结构为具有凹槽的扇形薄片，所述凹槽的扇形薄片中凹槽的高度不高于0.5mm。

本发明还提供一种用于均四甲苯气相氧化反应制备均苯四甲酸二酐和均苯四甲酸的催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将草酸加入到去离子水中，加热至完全溶解，加入偏钒酸铵混合，充分混合后，加入三氯化钛溶液，高速搅拌形成含钒钛的前驱体溶液；

（2）将步骤（1）制备的含钒钛的前驱体溶液中加入聚合物溶液，高速搅拌后形成稳定悬浮的微乳液，将微乳液倒入仿穿山甲鳞片的具有凹槽的扇形薄片模具中，低温迅速冷冻后，真空冷冻干燥，取出，得到仿穿山甲鳞片结构的多孔钒钛材料；