【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜催化材料，特别涉及一种含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料及其制备方法和在室温下快速、高转化率、高选择性催化羟醛缩合反应的应用。
技术介绍
1、羟醛缩合反应是有机合成中一个非常重要的反应，通常指具有α-h的醛或酮与羰基类化合物在催化剂的作用下经历亲核加成反应得到β-羟基醛或酮中间体，再经过脱水生成α,β-不饱和醛或酮的反应叫羟醛缩合反应。
2、通过羟醛缩合反应可以实现分子中碳-碳键的形成，并以此增长碳链的碳数，因此羟醛缩合反应在有机合成中具有举足轻重的地位。传统的羟醛缩合反应中常以强碱性、强酸性溶液作为均相催化剂，但是这些催化剂用量较大，会严重污染环境，同时还存在产物与催化剂难以分开等问题。因此，非均相催化剂成为研究者们研究的热点，其优点主要有：对环境无污染、可回收循环使用、容易与产物分离等。
3、目前，羟醛缩合反应中常见的催化剂包括固体碱催化剂(如mgo-al2o3)、固体酸催化剂(如沸石)以及酸碱双功能催化剂。但是，大部分的非均相催化剂仍存在反应需要加热(50-100℃)、反应时间长(>12小时)、反应选择性低(50-90％)、室温条件下反应转化率低(60-90％)等缺点。此外，均相催化反应后还需要通过硅胶柱色谱或制备型液相色谱分离提纯，非均相催化需要通过离心分离处理得到产物，消耗大量试剂和时间，也给环境带来污染，不符合绿色化学的理念。
技术实现思路
1、为了改善现有的非均相催化羟醛缩合反应存在的反应温度高、反应时间长、反应物转化
2、本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
3、一种含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
4、1)将氧化石墨烯分散到有机溶剂中，随后加入活化剂进行活化，活化结束后加入磺酸基有机胺分子进行反应，反应结束后对反应体系进行离心、透析和超声处理，得到含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液；
5、2)将步骤1)的含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液真空抽滤制膜，对得到的膜进行干燥处理，得到所述含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料。
6、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯纳米片，且单层氧化石墨烯纳米片的片径>500nm。
7、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基丙酰胺中的至少一种。
8、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述活化剂选自1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺。
9、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述磺酸基有机胺分子选自对氨基苯磺酸和/或对氨基联苯磺酸。
10、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述氧化石墨烯和有机溶剂的质量体积比为0.5-2mg/ml，例如0.5mg/ml、1mg/ml、1.5mg/ml或2mg/ml。
11、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述氧化石墨烯和活化剂的质量比为1:8-1:15，例如为1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或1:15。
12、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述氧化石墨烯和磺酸基有机胺分子的质量比为1:10-1:50，例如为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40、1:45或1:50。
13、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述反应的温度为20-40℃，所述反应的时间为12-36小时，如24小时。
14、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述活化的温度为20-40℃，所述活化的时间为12-36小时，如24小时。
15、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述离心是将反应后的反应体系进行离心处理，收集固体组分。示例性地，所述离心的条件是将反应后的反应体系在10000转每分钟的条件下离心30分钟。所述离心可以收集磺酸基有机胺分子修饰的氧化石墨烯，同时便于后续的透析和超声处理。
16、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述透析是将离心后收集的固体组分分散于去离子水中，得到分散液，随后将分散液倒入透析袋内(透析袋截留分子量4500-20000g/mol)，使用去离子水透析处理5天以上。所述透析可以去除固体组分中的小分子杂质，获得纯净的磺酸基有机胺分子修饰的氧化石墨烯分散液。
17、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述超声处理的时间为5min-15min，所述超声处理的功率为50-200w，例如100w超声10min。所述超声处理可以将磺酸基有机胺分子修饰的氧化石墨烯进一步分散。
18、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-3mg/ml，例如0.5mg/ml、1mg/ml、1.5mg/ml、2mg/ml、2.5mg/ml或3mg/ml。
19、根据本专利技术的实施方式，步骤1)中，所述含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液中包括含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯纳米片和去离子水。
20、根据本专利技术的实施方式，步骤2)中，采用真空抽滤法在多孔基底上制备一定厚度的多个含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯纳米片堆叠形成的膜。
21、根据本专利技术的实施方式，所述多孔基底的材质可以是尼龙66、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等有机系滤膜。其中，所述多孔基底的孔径为0.1-0.3μm，例如为0.22μm。
22、根据本专利技术的实施方式，步骤2)中，所述干燥是在室温条件下或加热条件下进行的，所述加热的温度为40-100℃，例如为40℃、60℃、80℃或100℃；所述干燥的时间为3-24小时，例如为6小时、8小时、10小时、12小时、15小时或18小时。
23、根据本专利技术的实施方式，步骤2)中，将含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液加入到真空抽滤设备配套的滤杯中，启动真空泵，进行真空抽滤，真空度为1-5pa；随着抽滤的进行，含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液中的含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯纳米片在水流作用下组装成层状结构，待抽滤完成后，得到含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料。
24、本专利技术还提供上述方法制备得到的含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料。
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1.一种含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，所述活化剂选自1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺；和/或，所述磺酸基有机胺分子选自对氨基苯磺酸和/或对氨基联苯磺酸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤1)中，所述含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-3mg/mL。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤2)中，采用真空抽滤法在多孔基底上制备一定厚度的多个含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯纳米片堆叠形成的膜。
5.权利要求1-4任一项所述方法制备得到的含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料。
6.根据权利要求5所述的膜催化材料，其中，所述含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料为含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯纳米片堆叠在一起形成的层状结构；
7.权利要求5或6所述的含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料在羟醛缩合反应中的用途。
8.根据权利要求7所述的用途，其中，所述含有磺酸基和氨基的氧
9.一种羟醛缩合反应的方法，所述方法包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤a)中，所述苯甲醛类物质包括苯甲醛、对硝基苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对氯苯甲醛和对氟苯甲醛中的至少一种；
...【技术特征摘要】
1.一种含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜催化材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，所述活化剂选自1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺；和/或，所述磺酸基有机胺分子选自对氨基苯磺酸和/或对氨基联苯磺酸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤1)中，所述含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-3mg/ml。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤2)中，采用真空抽滤法在多孔基底上制备一定厚度的多个含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯纳米片堆叠形成的膜。
5.权利要求1-4任一项所述方法制备得到的含有磺酸基和氨基的氧化石墨烯膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：张锡奇，方振远，张玉辉，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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