[发明专利]磁性催化剂及其制备方法、应用

说明书

本申请涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种磁性催化剂及其制备方法、应用。所述磁性催化剂包括多孔碳材料载体、铜纳米粒子以及磁性四氧化三铁纳米粒子，其中，所述铜纳米粒子包覆在所述多孔碳材料载体的内部，所述多孔碳材料载体的外表面具有凹孔，所述磁性四氧化三铁纳米粒子嵌设在所述凹孔中。本申请提供一种新型结构的磁性催化剂，既具有优异的催化特性、又具有稳定的循环回收性能。

技术领域

本申请涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种磁性催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

糠醛催化加氢制备糠醇是一种重要的化工生产过程，目前糠醛加氢所使用的催化剂主要为负载型铜基催化剂。但是使用此类催化剂会存在催化剂难以与反应物分离、以及催化剂回收再利用程度低等问题，故带有磁性的催化剂具有重要实用意义。

然而，以带有四氧化三铁的磁性催化剂为例，此类磁性催化剂通常需要将四氧化三铁包裹在一层保护层内部以维持其稳定性，但正由于此类磁性催化剂采用包覆式结构，故会影响催化剂的循环回收性能及催化性能。不仅如此，此类催化剂还存在制备流程多且复杂繁琐、包覆层厚度难以控制等问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种磁性催化剂及其制备方法、应用，以解决现有磁性催化剂存在的催化效果受影响、以及制备流程多且复杂繁琐、包覆层厚度难以控制等问题。

第一个方面，本申请提供一种磁性催化剂，所述磁性催化剂包括多孔碳材料载体、铜纳米粒子以及磁性四氧化三铁纳米粒子，其中，所述铜纳米粒子包覆在所述多孔碳材料载体的内部，所述多孔碳材料载体的外表面具有凹孔，所述磁性四氧化三铁纳米粒子嵌设在所述凹孔中。

第二个方面，本申请提供一种如第一个方面所述磁性催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

制备铜基金属有机框架：均苯三甲酸的无水乙醇溶液、三水合硝酸铜的水溶液混合得到混合溶液，对所述混合溶液进行溶剂热处理，得到所述铜基金属有机框架；

负载：将所述铜基金属有机框架浸渍于含有三价铁离子的水溶液中，超声干燥，使所述铜基金属有机框架上负载有三价铁离子；

焙烧：在惰性气体氛围中，将负载有三价铁离子的所述铜基金属有机框架进行焙烧，得到所述磁性催化剂。

进一步地，在所述制备铜基金属有机框架的步骤中，溶剂热处理的条件为：从室温以0.15～0.3℃/分钟的升温速率升温至80～100℃，在80～100℃温度条件下恒温10-15小时，再以0.15～0.3℃/分钟的升温速率升温至110～130℃，在110～130℃温度条件下恒温45-50小时。

优选地，在所述制备铜基金属有机框架的步骤中，溶剂热处理的条件为：从室温以0.2℃/分钟的升温速率升温至90℃，在90℃温度条件下恒温12小时，再以0.2℃/分钟的升温速率升温至110℃，在110℃温度条件下恒温48小时。

进一步地，在所述制备铜基金属有机框架的步骤中，均苯三甲酸与三水合硝酸铜的摩尔比为1:1～1:2；无水乙醇与水的体积比为1:0.8～1:1.5；在所述均苯三甲酸的无水乙醇溶液中，所述均苯三甲酸与无水乙醇的用量比为1mmol:8mL～1mmol:15mL。

进一步地，所述负载的步骤为：将所述铜基金属有机框架浸渍于九水合硝酸铁溶液中，在35～50℃下超声干燥5～7小时，再在70～85℃下真空干燥5～7小时，使所述铜基金属有机框架上负载硝酸铁。

优选地，在所述负载的步骤中，超声干燥条件为在40℃下超声干燥6小时，再在80℃下真空干燥6小时；所述铜基金属有机框架上负载硝酸铁后，铁元素的负载量为5～20wt％。

进一步地，以20～40mL/分钟的流速通入惰性气体，对负载有三价铁离子的所述铜基金属有机框架先以2～3℃/分钟升温至400～500℃，在400～500℃恒温焙烧2～3小时，得到所述磁性催化剂。