磁性铂基催化剂及制备方法和应用技术

本申请涉及磁性铂基催化剂及制备方法和应用；该催化剂为2wt.％Pt/NiO，即氧化镍负载铂，其中铂负载量为2wt.％。该制备方法包括以下步骤：步骤1)制备NiO载体；步骤2)制备2wt.％Pt/NiO催化剂；步骤3)制备磁性2wt.％Pt/NiO催化剂。本申请的催化剂可以在绿色、环保的条件下高效转化5‑羟甲基糠醛为2，5‑呋喃二甲酸，具有十分广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
磁性铂基催化剂及制备方法和应用
本申请涉及一种催化剂系列、该系列催化剂的制备方法和应用
；具体属一种氧化镍负载铂催化剂系列、该催化剂的磁性类别及其制备方法和应用
范畴。
技术介绍
传统化学工业的生产发展严重依赖从化石燃料中提取的石化产品，而化石燃料资源的日渐枯竭以及大量使用石化产品所造成的环境污染问题日渐严峻；化石燃料衍生物的这些特点迫使科学研究者们寻找更多的可再生的绿色化学能源；木质纤维素生物质是一种可持续，可再生的能源物质，可以开发利用生产各种绿色生物化工产品；木质纤维素生物质资源十分丰富，具有广泛的地理分布，从木质纤维素中获取的5-羟甲基糠醛，被认为是最重要的平台分子之一，其被广泛应用于制备各类精细化学品，功能聚酯，和液体燃料等化合物。在众多的生物质衍生化学品中，选择性氧化5-羟甲基糠醛(HMF)可生成2，5-呋喃二甲酸，被美国能源部列为从生物质中获得的12种高附加值化学品之一；2，5-呋喃二甲酸的结构与PET塑料生产中使用的对苯二甲酸单体相似，可作为其绿色可再生的替代化学品；与石油衍生化学物PET相比，由2，5-呋喃二甲酸聚合得到的聚乙烯2，5-呋喃甲酸酯(PEF)是可降解的回收的，具有更好的气体阻隔性和机械强度，可广泛替代PET，应用于化学工业的各个领域。5-羟甲基糠醛(HMF)在19世纪就已经用于呋喃二甲酸FDCA的生产；用氧气，过氧化氢，高猛酸钾等氧化剂氧化5-羟甲基糠醛的体系各有不同，同时也存在加碱与否和多相与均相体系，以及溶剂是否环保绿色的区别；在这一领域想要突破的关键在于开发能在无碱，多相，以水作为溶剂，以氧气作为氧化剂，在适合的温度与时间范围内，高效专一的氧化5-羟甲基糠醛生成2，5-呋喃二甲酸。
技术实现思路
本申请正是为了解决上述问题缺陷，研究开发了一种易分离的新型含Pt磁性贵金属催化剂，可以在绿色、环保的条件下高效转化5-羟甲基糠醛为2，5-呋喃二甲酸。本申请采用如下技术方案实现。一种催化剂，该催化剂为Pt/NiO，即：氧化镍负载铂。进一步为，本申请该催化剂为2wt.％Pt/NiO，即氧化镍负载铂，其中铂负载量为2wt.％。本申请该创新点所解决的现有技术缺陷：大部分催化体系都需要较为苛刻的条件，通常高效率的催化剂依赖于贵金属组分的添加，如负载铂、钯、金、钌等贵金属的单贵金属催化剂或双贵金属催化剂，致使催化剂的成本较高；虽然也有研究者们已开发出少数的非贵金属催化剂，相对与贵金属催化剂而言，其催化条件往往更加苛刻。而本申请所专利技术的Pt/NiO催化剂系列和2wt.％Pt/NiO催化剂能够满足技术需求，尤其是2wt.％Pt/NiO催化剂其负载量和后期的高效转化效率之间具有很好的实验效果和经济成本压缩成果。进一步为，本申请该催化剂为磁性Pt/NiO催化剂，即将氧化镍负载铂Pt/NiO运用常规磁化技术使其具有磁响应特性。上述催化剂的应用，该应用为：转化5-羟甲基糠醛为2，5-呋喃二甲酸。本申请该创新点所解决的现有技术缺陷：氧化5-羟甲基糠醛制备2，5-呋喃二甲酸，部分均相体系内存在需要添加有机酸，产物不易分离，产率低以及副产物多等特点；部分多相催化体系内，需要添加氢氧化钠，碳酸钠，碳酸氢钠，氢氧化钾等无机碱，使用部分有机溶剂，使用过氧化氢，高猛酸钾等氧化剂；这些有机或无机添加剂的使用，会造成环境污染，对人体的健康会造成伤害，且碱的添加使得体系存在腐蚀性。本申请的催化剂完全满足上述技术要求，且同时克服的现有技术缺陷特征。进一步为，本申请该应用：转化5-羟甲基糠醛为2，5-呋喃二甲酸的最佳催化条件为：温度:120℃；反应压力:10bar；反应时间：24h。本专利技术该创新点克服的现有技术缺陷：开发能在以水为溶剂，不添加碱的绿色环保条件下高效催化5-羟甲基糠醛生成2，5-呋喃二甲酸的易分离，可回收再利用的催化剂，往往需要较高的温度：通常为120-150℃，温度过高，则反应的能耗较大；或者较高的气体压力：10-20bar，气体压力过高，存在安全隐患。I类：上述的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤1)制备NiO载体将Ni(NO3)2·6H2O与去离子水加入圆底烧瓶中，得A溶液；用的NaOH溶液将A溶液的pH调节至9-10之间，得Ni(OH)2溶液；将Ni(OH)2溶液在10℃-100℃温度下搅拌12h-120h，热抽滤得到Ni(OH)2结晶；将Ni(OH)2结晶置于烘箱中一定时间，研磨后，得到的Ni(OH)2粉末，在200℃-600℃下焙烧得到镍的氧化物固体；步骤2)制备Pt/NiO催化剂取H2PtCl6溶液和聚乙烯吡咯烷酮PVP置于盛有去离子水和搅拌磁子的圆底烧瓶中，常温下搅拌；之后，取步骤1)制备的NiO粉末于烧瓶中，搅拌；最后，用NaOH溶液调节溶液pH至9-10，添加适量硼氢化钠还原，搅拌；热水减压抽滤，得到的粉末状固体置于烘箱中一定时间，得到Pt/NiO催化剂。进一步为，本申请该步骤还包括步骤3)制备磁性Pt/NiO催化剂：将步骤2)制备得到的Pt/NiO催化剂在氢气流下还原，得到磁性Pt/NiO催化剂。本申请步骤3)克服的现有技术缺陷：大部分催化体系中催化剂和产物不易分离，难以实现催化剂的回收再利用。II类：上述的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤1)制备NiO载体将3.89gNi(NO3)2·6H2O与100ml去离子水加入250ml圆底烧瓶中，得A溶液，用1mol/L的NaOH溶液将A溶液的pH调节至9-10之间，得Ni(OH)2溶液；将Ni(OH)2溶液在25℃温度下搅拌24h，热抽滤得到Ni(OH)2结晶；将Ni(OH)2结晶置于80℃的烘箱中12h，研磨后，得到的Ni(OH)2粉末，在400℃下焙烧2h得到镍的氧化物固体；步骤2)制备2wt.％Pt/NiO催化剂取0.85ml、4.87mg/ml的H2PtCl6溶液和40mg聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量为1000；置于盛有30ml去离子水和搅拌磁子的50ml圆底烧瓶中，常温下搅拌0.5h；之后，取0.2g步骤1)制备的NiO粉末于烧瓶中，搅拌1h；最后，用1mol/L的NaOH溶液调节溶液pH至9-10，添加适量硼氢化钠还原，搅拌1h；热水减压抽滤，得到的粉末状固体置于80℃的烘箱内12h，得到2wt.％Pt/NiO催化剂。进一步为，本申请该步骤还包括步骤3)制备磁性2wt.％Pt/NiO催化剂：将步骤2)制备得到的2wt.％Pt/NiO催化剂在300℃的氢气流下还原0.5h，得到磁性2wt.％Pt/NiO催化剂。本申请上述的催化剂的性能测试方法，所述的性能测试方法包括以下步骤内容：将63mg5-羟甲基糠醛，5ml去离子水，54mg催化剂，搅拌磁子依次加入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，其后将高压反应釜密封安装；用氧气吹扫高压反应釜1分钟，向釜内充入10bar的氧气，保持5分钟的充气过程；其后，对高压反应釜进行检漏实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂，其特征在于，该催化剂为Pt/NiO，即：氧化镍负载铂。/n

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，该催化剂为Pt/NiO，即：氧化镍负载铂。


2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，该催化剂为2wt.％Pt/NiO，即氧化镍负载铂，其中铂负载量为2wt.％。


3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，该催化剂为磁性Pt/NiO催化剂，即将氧化镍负载铂Pt/NiO运用常规磁化技术使其具有磁响应特性。


4.如权利要求1或2或3所述催化剂的应用，其特征在于，该应用为：转化5-羟甲基糠醛为2，5-呋喃二甲酸。


5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，该应用：转化5-羟甲基糠醛为2，5-呋喃二甲酸的最佳催化条件为：温度:120℃；反应氧气压力:10bar；反应时间：24h。


6.如权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤1)制备NiO载体
将Ni(NO3)2·6H2O与去离子水加入圆底烧瓶中，得A溶液；用的NaOH溶液将A溶液的pH调节至9-10之间，得Ni(OH)2溶液；
将Ni(OH)2溶液在10℃-100℃温度下搅拌12h-120h，热抽滤得到Ni(OH)2结晶；
将Ni(OH)2结晶置于烘箱中一定时间，研磨后，得到的Ni(OH)2粉末，在200℃-600℃下焙烧得到镍的氧化物固体；
步骤2)制备Pt/NiO催化剂
取H2PtCl6溶液和聚乙烯吡咯烷酮PVP置于盛有去离子水和搅拌磁子的圆底烧瓶中，常温下搅拌；之后，取步骤1)制备的NiO粉末于烧瓶中，搅拌；最后，用NaOH溶液调节溶液pH至9-10，添加适量硼氢化钠还原，搅拌；热水减压抽滤，得到的粉末状固体置于烘箱中一定时间，得到Pt/NiO催化剂。


7.根据权利要求6所述的催化剂的制备方法，其特征在于，该步骤还包括步骤3)制备磁性Pt/NiO催化剂
将步骤2)制备得到的Pt/NiO催化剂在氢气流下还原，得到磁性Pt/NiO催化剂。


8.如权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：方文浩，张浩，曹秋娥，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53