[发明专利]室温下硝基芳烃还原用的高性能催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了室温下硝基芳烃还原用的高性能催化剂及其制备方法，催化剂以聚二乙烯基苯微球为原料，通过硅氢化反应对其表面化学改性的方式，得到前驱体微球，然后进行热解，最终制得表面富含零价铁的Si‑C‑Fe杂化微球。本发明操作简单，步骤少，实验条件要求低，所得杂化微球形状规则，表面光滑，所制备的杂化微球具有优异的催化性能。

技术领域

本发明涉及催化材料领域，尤其是涉及一种室温下硝基芳烃还原用高性能催化剂及其制备方法。

背景技术

硝基芳烃已经被广泛用于化学工业中，如作为爆炸物、杀虫剂、溶剂等，此外，在弹药的生产，储存和废弃也会产生硝基芳烃。硝基芳烃是对人类具有致癌作用、遗传毒性和内分泌干扰物的化学物质，也会引起高铁血红蛋白血症等疾病。其中，对硝基苯酚(4-NP)由于强致癌作用、人为引起的破坏性和毒性而被美国环境保护局评为一级污染物，而它的还原产物4-氨基苯酚(4-AP)是广泛用于合成止痛药物如对乙酰氨基苯酚，照相显影剂，腐蚀抑制剂和染料的化学中间体。目前关于4-NP还原用的催化剂大多数研究集中在贵金属纳米粒子如Au，Pd，Pt和Ag上，因此开发廉价且高效的催化剂仍然具有挑战性。

本发明目的在于提供一种制备新型室温下硝基芳烃还原用催化剂的新方法，本发明以表面修饰有金属有机小分子的微球作为前驱体，经适当热解制备室温下硝基芳烃还原用催化剂，在一系列硝基苯类化合物的还原中具有优异的催化活性和易回收和可循环使用性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明通过提供了一种室温下硝基芳烃还原用高性能催化剂及其制备方法。

具体的，本发明的第一个目的是提供室温下硝基芳烃还原用的高性能催化剂，所述催化剂以聚二乙烯基苯微球(PDVB微球)为原料，通过硅氢化反应对PDVB微球表面进行化学改性的方式，得到前驱体微球，然后500℃～650℃进行热解，最终制得表面富含零价铁的Si-C-Fe杂化微球。

其中，所制备的催化剂主要成分为碳，其含量在60％-80％范围，且在拉曼光谱分析中I_D/I_G≤1.3。

本发明的第二个目的是提供上述室温下硝基芳烃还原用的高性能催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：制备前驱体微球

在惰性气氛下将聚二乙烯基苯微球、含硅氢二茂铁化合物和催化剂加入到甲苯中，超声分散后60～100℃加热反应8～16小时，然后使用真空装置除去甲苯，然后进行洗涤和真空干燥；

所述聚二乙烯基苯微球、含硅氢二茂铁化合物和催化剂的投料质量比为1：4～5：0.01，甲苯的用量是含硅氢二茂铁化合物体积的20倍；

S2：前驱体微球的原位热解

将干燥后的前驱体微球置于管式炉中，在惰性气氛下，升温至500℃～650℃烧结3～8h，然后冷却至环境温度，即得Si-C-Fe杂化微球。

优选地，所述惰性气氛为氩气或氮气气氛。

优选地，所述聚二乙烯基苯微球的残余双键经HBr加成法测定，含量大于等于2mmol/g。

优选地，所述含硅氢二茂铁化合物为1,1’-双(二甲基甲硅烷基)二茂铁。

优选地，S1中，所述催化剂为硅氢加成催化剂。

优选地，所述硅氢加成催化剂为铂催化剂。

优选地，S1中，真空干燥的温度为40～60℃，干燥时间为12-24h。

优选地，S1中，洗涤具体是指依次使用四氢呋喃，丙酮和乙醚分别洗涤3次。

优选地，S2中，将干燥后的前驱体微球置于管式炉中，在惰性气氛下，升温至600℃烧结6h。