[发明专利]一种用于苯甲醇制苯甲醛的纳米金刚石-载钯催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化领域，具体涉及一种用于苯甲醇制苯甲醛的纳米金刚石载钯催化剂及其制备方法和应用，有效催化苯甲醇氧化制苯甲醛。本发明制备方法通过在高温煅烧使得新鲜的纳米金刚石表面生成高缺陷石墨烯，然后再硝酸氧化，得到纳米金刚石‑氧化石墨烯核壳结构碳载体，并通过离子交换法将金属Pd稳定在碳载体表面，再经氢气还原，得到纳米金刚石载钯催化剂。本发明所制备的催化剂在苯甲醇制苯甲醛反应过程中具有优异的转化率和选择性，苯甲醇转化率达到100％，苯甲醛选择性达到94％。

技术领域

本发明属于催化领域，具体涉及一种用于苯甲醇制苯甲醛的纳米金刚石-载钯催化剂及其制备方法和应用，有效催化苯甲醇氧化制苯甲醛。

背景技术

苯甲醛是一类重要的有机化工中间体，广泛应用于医药、塑料、添加剂、香料等行业。传统的甲苯氯化水解法生产的苯甲醛产品中含有氯化物或氯离子，限制了苯甲醛的实际应用。另外，传统方法存在工艺流程长、产物分离困难、排放腐蚀性气体和有机废物等缺点。氧气为绿色氧化剂，苯甲醇氧气催化氧化制苯甲醛是一种绿色清洁、环境友好的生产方法。

目前，如何提高苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性已成为苯甲醇氧气氧化制苯甲醛反应最具挑战性的研究题之一。另外，传统催化剂也带来后处理繁琐、催化剂回收困难以及环境污染等问题。因此，为了解决这些问题，设计开发催化活性高、易于回收的环保型催化剂仍是当前研究者关注的重点。

纳米金刚石具有化学性质稳定、高的热传导性，以及小的粒子尺寸、大的比表面积和结构缺陷等特性，经高温煅烧，纳米金刚石表面可生成高缺陷的石墨烯，得到纳米金刚石-石墨烯核壳结构碳材料。该纳米金刚石-石墨烯核壳结构利于催化反应中电子的转移，有利于金属的均匀分散，充分暴露金属的活性位点，抑制金属纳米簇或金属纳米颗粒的热力学团聚，因此采用纳米金刚石-石墨烯核壳结构碳材料负载金属催化剂是一种有效的制备高活性催化剂的方法。基于此，本发明从纳米金刚石-石墨烯核壳结构碳材料出发，研发出新的适用于苯甲醇氧化制苯甲醛的纳米金刚石-载钯催化剂，具有重要的应用价值。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种用于苯甲醇制苯甲醛的纳米金刚石-载钯催化剂及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种纳米金刚石-载钯催化剂，所述催化剂按照以下方法制备得到：

(1)制备纳米金刚石-石墨烯核壳结构碳材料ND@G；

(2)将步骤(1)中得到的纳米金刚石-石墨烯核壳结构碳材料ND@G均匀分散在30～40mL硝酸中，在80～160℃中加热搅拌4～8h，得到纳米金刚石-氧化石墨烯核壳结构碳材料载体ND@GO；其中，所述纳米金刚石在硝酸中浓度为10mg/mL～15mg/mL；所述硝酸的质量分数为50％～68％；

(3)将步骤(2)中所得的纳米金刚石-石墨烯核壳结构碳材料载体ND@GO通过超声均匀地分散在溶剂中；在搅拌的条件下，滴加氯化钯溶液，加热1～4h，过滤烘干，得到钯/纳米金刚石-氧化石墨烯复合前驱物；

(4)将步骤(3)中所述钯/纳米金刚石-氧化石墨烯复合前驱物，在氢气和氦气的混合气中在100～300℃还原1～2h处理后，即得到纳米金刚石载钯催化剂Pd/ND@GO。

上述技术方案中，具体地，所述步骤(1)为将新鲜的纳米金刚石在900～1100℃，氩气氛围中保温1～4h。

上述技术方案中，具体地，所述步骤(3)中溶剂为水、乙醇、丙酮中的一种。

上述技术方案中，具体地，步骤(3)中氯化钯溶液是将氯化钯滴加到含有稀盐酸的2～4mL溶剂中，其中钯的负载量为0.5％～5％；稀盐酸加入量为0.05～0.1mL，加入稀盐酸的浓度为1.2moL/L。