[发明专利]一种碳材料催化剂在环己烷氧化脱氢中的应用

说明书

本发明中公开了一种纳米碳材料在环己烷氧化脱氢反应中的应用。经高温焙烧处理的纳米金刚石，在环己烷氧化脱氢反应中(在300℃‑500℃之间)高选择性催化环己烯产物，并有效抑制燃烧反应。其中，环己烯产物选择性高达60％，碳六产物选择性90％以上。该催化剂性质稳定，不易积碳，具有非常优异的环己烷氧化脱氢性能，而且该催化剂为非金属碳材料，价格低廉，绿色环保。

技术领域

本发明是一种纳米碳材料在环己烷氧化脱氢反应中的应用，属于催化剂制备的技术领域。

背景技术

环己烯是一种重要的化工原料，它可以直接开环生成己二醇、己二酸，也可以经醇解、胺解、水解后得到邻甲氧基环己醇、邻氨基环己醇、1,2-环己二醇等；它还是邻苯二酚的中间体,与二氧化碳开环聚合可得到聚碳酸酯。可广泛用于有机合成，在化工生产，制药工业以及石油工业都有着广泛的应用前景。

目前工业生产环己烯是以浓硫酸为催化剂将环己醇脱水而成，采用此方法合成环己烯时，收率较低对环境污染严重。在追求可持续发展的今天，则迫切需要其他的高效的制备手段来获得环己烯。

苯是一种廉价的化工原料，可以作为选择性加氢制备环己烯的原料，副产物环己烷，又可以作为氧化脱氢制备环己烯的原材料，符合当代绿色化学的理念。但是环己烷氧化脱氢中常见的问题是环己烷容易过度氧化变为COx，而目前，氧化脱氢反应所用的催化剂，常常以金属为主，但是金属催化剂容易发生过度氧化，产生过多的COx，要么就是过度脱氢使得苯的选择性特别高，因此提高环己烯的选择性，降低COx的选择性是环己烯制备中，需要解决的两个重要问题，即降低C-H键的过度解离和抑制C-C键的解离。

发明内容

为了解决目前环己烷氧化脱氢中遇到的两个重要问题；过度氧化和过度脱氢。本发明提供了一种高比表面积的纳米碳材料：纳米金刚石，经高温焙烧处理后，作为环己烷氧化脱氢反应催化剂的应用。本发明的目的是为了得到一个绿色环保的催化剂，同时又具有较高的催化活性。

为了实现上一目标，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供了一种纳米碳材料在环己烷氧化脱氢制备环己烯反应中的应用，所述碳材料为核壳结构；核为金刚石(sp3)，壳为石墨(sp2)。

基于以上技术方案，优选的，所述碳材料的制备方法为：将纳米金刚石于900～1500℃焙烧2-4h，得到所述碳材料。

基于以上技术方案，优选的，所述纳米金刚石在焙烧前，于盐酸中洗涤；所述盐酸的浓度为6mol/L.。

基于以上技术方案，优选的，所述环己烷氧化脱氢制备环己烯反应中，原料气为环己烷和氧气；以氧气作为氧化剂，环己烷作为反应物；环己烷和氧气的比例为1:0.25-1.25。

基于以上技术方案，优选的，所述反应中，通入的是体积浓度为2％的环己烷和体积浓度为5％的氧气，平衡气为氦气，利用质量流量计将2％环己烷/氦气和5％氧气/氦气混合成环己烷和氧气的比例为1:1，二者的流速分别为20ml/min和8ml/min。所述反应的空速为2680-3600mlg^-1h-¹。

基于以上技术方案，优选的，所述反应的温度为300℃-500℃，优选为300-460℃，C6产物的选择性为90％以上；所述环己烯产物选择性可达60％。

基于以上技术方案，优选的，所述纳米金刚石的粒径大小在5-10纳米之间，煅烧后的催化剂的粒径基本不变。

有益效果

1、本发明所用的纳米金刚石催化剂相较于金属催化剂有着较弱的C-H键解离能力，故不易于过度脱氢，而且其生成的过度氧化产物也较金属催化剂少；