[发明专利]一种用于傅克酰基化反应的碳负载碳化铁催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于傅克酰基化反应的碳负载碳化铁催化剂及其制备方法，本发明的催化剂，由苯系物、醛和三氯化铁作为原料进行聚合反应制备中间产物，经干燥后得到含有三氯化铁的微孔有机聚合物，再以含有三氯化铁的微孔有机聚合物作为前驱体，在惰性气体氛围中高温热解后得到。在碳负载碳化铁催化剂中，碳化铁颗粒的粒径为10～100nm，碳化铁颗粒的含量为20～60wt％，催化剂的比表面积为50～400msupgt;2/supgt;/g。该催化剂在以芳烃为底物和酰氯为酰基化试剂的傅克酰基化反应中表现出很高的催化活性和循环稳定性，酰氯的转化率可达90％以上。本发明的制备方法简单、成本低、易于产业化生产。

技术领域

本发明属于催化剂合成技术领域，具体涉及一种碳负载碳化铁催化剂及其制备方法，和该催化剂在傅克酰基化反应中作为催化剂的应用。

背景技术

芳香酮类化合物是一类重要的精细化工中间体，在染料、医药、农药中间体等领域有着广泛的应用，而芳烃和酰氯的傅克酰基化反应是制备此类化合物的最直接也是最有发展前景的方法之一。

在实际生产过程中，AlCl₃是催化傅克酰基化反应最广泛使用的催化剂，它具有反应条件较为温和、芳香酮类产物收率高和原材料廉价易得等优点。然而，该工艺过程需要使用化学计量的均相AlCl₃催化剂，反应后需用大量的水去除催化剂，且催化剂无法再生循环使用大量，这些问题严重制约了相关产业的发展。相对而言，固体酸催化剂具有易与产物分离、可循环利用、对设备腐蚀小等优点，是当前研究开发的重点(J.Liang,Z.Liang,R.Zou,Y.Zhao,Adv.Mater.,2017,29,1701139-1701159)。文献中已报道多种类型的固体酸催化剂对傅克酰基化反应表现出较高的催化活性，包括各种金属氧化物、杂多酸、金属有机框架(MOFs)及沸石分子筛等。然而，这些固体酸催化剂普遍存在催化剂易失活或稳定性差等问题，从而限制了其在催化领域中的应用(C.Guignard,G.Pérot et al,Appl.Catal.A-Gen.,2002,234,79-90；Z.Fang,K.Guo et al,Chem.Eng.J.,2018,331,443-449；G.Calleja,F.Martínez et al,Catal.Today,2014,227,130-137)。

近期，以石墨碳为载体的负载型碳化铁催化剂的制备及应用受到了关注。专利(CN107442147 A；CN 110773214 A)报道了采用高温焙烧处理含有铁源、氮源和碳源的前驱体的方法制备出石墨碳层包覆的碳化铁和碳层嵌入式碳化铁催化剂，所得的催化剂可以作为高性能的费托合成反应催化剂。文献(H.Zhang,M,Jia et al,Catal.Sci.Technol.,2019,9,3812-3819)和专利(CN 109772406 A)报道了以一类含氮配体修饰的铁基金属有机框架材料为前驱体，经高温热解制备氮掺杂石墨碳包覆碳化铁催化剂的方法，所得催化剂能在较为温和的反应条件下高效催化多种类型芳烃化合物与酰氯的傅克酰基化反应，且反应后的催化剂经简单过滤后即可循环再生使用多次，性能明显优于其它类型固体酸催化剂。然而上述制备碳基碳化铁催化剂过程中均引入了含氮有机物，在增加催化剂制备成本的同时，还会产生大量含氮废气，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种碳负载碳化铁催化剂，该催化剂的结构稳定，原料成本低，催化活性高，能多次循环利用，特别适用于傅克酰基化反应。

本发明的另一目的是提供一种上述碳负载碳化铁催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述催化剂在傅克酰基化反应中作为催化剂的应用。

本发明的技术方案如下：