一种铜基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。本发明专利技术提供的铜基催化剂包括包覆层和金属基体，所述包覆层包覆在金属基体外面，所述金属基体含有CeO2和Cu，所述包覆层含有氮掺杂碳材料。本发明专利技术将氮掺杂碳材料NC作为包覆层，对含有CeO2和Cu的金属基体进行包覆，得到的铜基催化剂Cu

【技术实现步骤摘要】
一种铜基催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，尤其涉及一种铜基催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]乳酸为具有高附加值的有机酸，广泛应用于化妆品、医药、食品和农业等领域。乳酸还可以合成聚乳酸，聚乳酸为生物可降解塑料，用途十分广泛，具有广阔的市场前景。目前主要采用糖发酵法来制备乳酸。仍有待发展高效和绿色的化学方法来生产乳酸。
[0003]生物柴油是一种绿色能源，近年来生物柴油产业快速发展。在生物柴油制备过程中会产生甘油副产物，甘油在市场上是过量供应的。甘油经催化脱氢过程可转化为乳酸，是工业上生产乳酸的潜在路线之一。
[0004]负载型Cu基多相催化剂广泛用于氮气气氛下甘油的催化脱氢制备乳酸。常用的载体有：CNF、ZrO2、MgO、HAP、CeO2、ZIF
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8和rGO，其中CeO2载体的水热稳定性较好。有文献已经报道了CeO2负载的Cu、Co3O4和AuCu纳米粒子催化甘油脱氢制备乳酸。但上述催化剂在循环使用实验中需要高温煅烧来实现催化剂的再生。因此，仍需发展高效的CeO2修饰的Cu基催化剂来催化甘油脱氢制备乳酸。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种铜基催化剂，该铜基催化剂无需进行高温煅烧即可实现再生，且催化性能优异、稳定性好，在甘油催化脱氢制乳酸反应中的甘油转化率和乳酸选择性高。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种上述铜基催化剂的制备方法。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种上述铜基催化剂在醇类催化脱氢中的应用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种铜基催化剂，所述铜基催化剂包括包覆层和金属基体，所述包覆层包覆在金属基体外面，所述金属基体含有CeO2和Cu，所述包覆层含有氮掺杂碳材料。
[0010]优选的，所述铜基催化剂中，金属基体的粒径为80～160nm；进一步优选的，所述铜基催化剂中，金属基体的粒径为90～150nm；更进一步优选的，所述铜基催化剂中，金属基体的粒径为100～120nm。
[0011]优选的，所述铜基催化剂中，金属层中的Cu负载在CeO2上。
[0012]本专利技术的第二方面提供了一种本专利技术的第一方面所述的铜基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将表面活性剂、碳源、氮源、铜盐和铈盐进行溶剂热反应，得到CuCe
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MOF前驱体；将所述CuCe
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MOF前驱体进行焙烧，得到所述铜基催化剂。
[0013]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或其组合；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮。
[0014]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，碳源选自均苯三甲酸。
[0015]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，氮源选自胺类溶剂；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，胺类溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)、N,N
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二甲基乙酰胺(DMAC)或其组合；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，胺类溶剂选自N,N
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二甲基甲酰胺。
[0016]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，铜盐包括硝酸铜、氯化铜或硫酸铜中的至少一种；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，铜盐包括硝酸铜、氯化铜或其组合；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，铜盐选自硝酸铜。
[0017]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，铈盐包括硝酸铈、氯化铈或硫酸铈中的至少一种；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，铈盐包括硝酸铈、氯化铈或其组合；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，铈盐选自硝酸铈。
[0018]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和碳源的质量比为1：(0.8～2.2)；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和碳源的质量比为1：(1～1.9)；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和碳源的质量比为1：(1.2～1.7)。
[0019]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和氮源的质量比为1：(25～90)；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和氮源的质量比为1：(30～80)；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和氮源的质量比为1：(40～70)。
[0020]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和铜盐的质量比为1：(1～2.5)；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和铜盐的质量比为1：(1.3～2.3)；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和铜盐的质量比为1：(1.5～2)。
[0021]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和铈盐的质量比为1：(0.8～1.7)；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和铈盐的质量比为1：(0.95～1.5)；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂和铈盐的质量比为1：(1～1.2)。
[0022]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂、碳源、氮源、铜盐和铈盐的质量比为1：(0.8～2.2)：(25～90)：(1～2.5)：(0.8～1.7)；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂、碳源、氮源、铜盐和铈盐的质量比为1：(1～1.9)：(30～80)：(1.3～2.3)：(0.95～1.5)；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，表面活性剂、碳源、氮源、铜盐和铈盐的质量比为1：(1.2～1.7)：(40～70)：(1.5～2)：(1～1.2)。
[0023]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，溶剂热反应的温度为70～150℃；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，溶剂热反应的温度为80～130℃；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，溶剂热反应的温度为90～120℃。
[0024]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，溶剂热反应的时间为10～60h；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，溶剂热反应的时间为12～50h；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，溶剂热反应的时间为18～30h。
[0025]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，焙烧气氛为惰性气体气氛；进一步优选
的，所述铜基催化剂的制备方法中，惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，惰性气体选自氮气。
[0026]优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，焙烧温度为500～900℃；进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，焙烧温度为550～800℃；更进一步优选的，所述铜基催化剂的制备方法中，焙烧温度为600～750℃。
[0027]优选的，所述铜基催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基催化剂，其特征在于，所述铜基催化剂包括包覆层和金属基体，所述包覆层包覆在金属基体外面，所述金属基体含有CeO2和Cu，所述包覆层含有氮掺杂碳材料。2.根据权利要求1所述铜基催化剂，其特征在于，所述金属基体的粒径为80～160nm。3.权利要求1或2所述铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将表面活性剂、碳源、氮源、铜盐和铈盐进行溶剂热反应，得到CuCe
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MOF前驱体；将所述CuCe
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MOF前驱体进行焙烧，得到所述铜基催化剂。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或其组合；和/或，所述碳源选自均苯三甲酸；和/或，所述氮源选自胺类溶剂；和/或，所述胺类溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺或其组合；和/或，所述铜盐包括硝酸铜、氯化铜或硫酸铜中的至少一种；和/或，所述铈盐包括硝酸铈、氯化铈或硫酸铈中的至少一种。5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，表面活性剂和碳源的质量比为1：(0.8～2.2)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊杰，朱国志，王曦，陈佳志，麦裕良，
申请(专利权)人：广东省科学院化工研究所，
类型：发明
国别省市：