[发明专利]一种基于钯基双金属催化甲酸合成双氧水的方法

说明书

本发明属于双氧水制备技术领域，公开了一种基于钯基双金属催化甲酸和氧气(或空气)合成双氧水的方法。首先将多孔炭酸洗处理，干燥后，加入相应的金属盐和钯源(氯钯酸，氯化钯，二水硫酸钯，二氯二氨钯)溶液，采用分步浸渍+还原法的方式制取催化剂；最后用得到的钯基双金属催化剂催化甲酸和氧气(或空气)生成双氧水。本发明利用甲酸替代氢源，可克服氢气和氧气直接接触的安全隐患。同时引入一些特定的金属元素(以下称为第二金属)，这些金属与贵金属钯之间存在协同作用，能提高钯催化效率，从而降低催化剂成本。

技术领域

本发明属于双氧水制备技术领域，尤其涉及一种基于钯基双金属催化甲酸和氧气合成双氧水的方法。

背景技术

双氧水因其使用后生成物为水和氧气，故被誉为“最清洁”的化工产品，同时是具有氧化性和还原性的化学物质，被广泛运用于医疗、航天、废水处理、电子行业、化学合成、织物漂白、食品产业等诸多领域。现双氧水合成方法主要包括蒽醌法、电解法和氢氧直接合成法。相比于蒽醌法和电解法而言，氢氧直接合成法是指直接采用氢气和氧气在催化剂作用下合成双氧水，具有工艺简单、能耗低、污染少、原子经济性高等特点，被认为是最具潜力淘汰传统蒽醌自氧化法的绿色生产工艺，而得到大量的研究。但是，困扰氢氧直接合成法的主要问题在于氢气和氧气混合后极易爆炸，存在不可避免的安全隐患；同时当前该反应催化剂研究以负载型贵金属钯为主，由于单独使用钯作为催化活性金属时，催化活性受限，催化效率不高，市场应用前景受限。

针对氢氧直接合成法存在的两个问题，很少研究能够从同时解决这两个问题出发，更多的是关注于其中的一个问题解决。例如李兴发等用SBA-15负载钯催化甲酸和氧气制取双氧水，该法消除了氢气和氧气混合后极易爆炸的可能性，但双氧水产率极低(Applied Catalysis A-General,165(2018):79-86.)。引入第二金属负载被认为是一种有效提高钯催化剂催化氢气和氧气直接合成双氧水活性的方式。如王素利等将第二金属Zn引入Pd/Al₂O₃催化氢气和氧气直接合成双氧水，明显提升了钯催化剂在双氧水直接合成过程中的效率(Applied Catalysis A-General,531(2017):89-95.)。但是该反应过程中依然无法避免氢氧混合物的安全隐患问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)困扰氢氧直接合成法的主要问题在于氢气和氧气混合后极易爆炸，存在不可避免的安全隐患。

(2)当前该反应催化剂研究以负载型贵金属钯为主，单独使用钯作为催化活性金属时，催化活性受限，催化效率不高，市场应用前景受限。

解决上述技术问题的难度：

面对氢氧直接合成法不可避免的安全隐患问题，如何在多种氢源(如羟胺、肼、甲酸)中选出绿色、经济、安全、高效的储氢材料替代氢气与氧气反应，避免氢气氧气直接接触显得至关重要；

为了提升钯催化剂的催化效果，如何选取一种经济效益高、催化活性好的载体和第二金属至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于钯基双金属催化甲酸和氧气合成双氧水的方法。

本发明采用如下技术方案：

首先将多孔炭进行酸洗处理、干燥，然后加入一定浓度的金属盐溶液，浸渍10～48h，300～800℃焙烧1～5h；再将焙烧后的多孔炭加入一定量钯源溶液浸渍10～48h后，还原得到钯基双金属催化剂；

(2)将所得到的钯基双金属催化剂在0～50℃下催化甲酸和氧气(空气)反应后得到一定浓度的双氧水。

进一步地，步骤(1)中所述第二金属溶液是指Zn、Mg、Ag、Ni、Co、W、Mo的卤化盐、硝酸盐或硫酸盐溶液。