一种凝胶基纳米金属催化剂及其制备方法和应用

本发明属于金属催化剂材料，具体涉及一种凝胶基纳米金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、炔烃选择性加氢技术对于合成许多特殊结构的化合物中具有重要意义。在该技术中，纳米金属催化剂由于反应活性高，选择性好和反应条件温和等优点受到广泛关注。

2、在工业生产中，lindlar催化剂为常用的炔烃加氢催化剂。然而，lindlar催化剂必须使用重金属铅或者喹啉等对环境有害的物质对催化剂进行部分毒化，才能使其具有高的炔烃选择性加氢为烯烃的性能。若不使用重金属铅或者喹啉等对其毒化，lindlar催化剂的催化效率很低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种凝胶基纳米金属催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的凝胶基纳米金属催化剂对炔烃选择性加氢反应的催化效率较高且无需毒化。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种凝胶基纳米金属催化剂，包括聚合物凝胶和负载于所述聚合物凝胶的网络内部的金属纳米粒子；

3、所述金属纳米粒子包括铂、镍、钌和金中的一种或几种；

4、所述聚合物凝胶包括丙烯酰胺类-丙烯酸酯类共聚物凝胶。

5、优选地，所述金属纳米粒子的质量为聚合物凝胶质量的1～5％。

6、优选地，所述金属纳米粒子的粒径为5～15nm。

7、优选地，所述丙烯酰胺类-丙烯酸酯类共聚物凝胶包括丙烯酰胺-丙烯酸丁酯共聚物凝胶、丙烯酰胺-甲基丙烯酸十二酯共聚物凝胶、n,n-二甲基丙烯酰胺-丙烯酸丁酯共聚物凝胶和二甲基丙烯酰胺-甲基丙烯酸十二酯共聚物凝胶中的一种或几种。

8、本发明还提供了上述所述的凝胶基纳米金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

9、将水溶性金属盐和聚合物凝胶粉末分散于水中，得到金属盐-凝胶分散体系；将所述金属盐-凝胶分散体系和还原剂混合，进行还原反应，得到所述凝胶基纳米金属催化剂。

10、优选地，所述水溶性金属盐包括铂盐、镍盐、钌盐和金盐中的一种或几种。

11、优选地，所述还原反应的温度为20～30℃，保温时间为10～14h。

12、本发明还提供了上述所述的凝胶基纳米金属催化剂或上述所述的制备方法制备得到的凝胶基纳米金属催化剂在炔烃选择性加氢反应中的应用。

13、优选地，所述炔烃包括苯乙炔、环己炔、庚炔和4-硝基苯乙炔中的一种或几种。

14、优选地，所述炔烃选择性加氢时，所述炔烃和所述凝胶基纳米金属催化剂的摩尔比为500～1000：1。

15、本发明提供了一种凝胶基纳米金属催化剂，包括聚合物凝胶和负载于聚合物凝胶网络内部的金属纳米粒子；所述金属纳米粒子包括铂、镍、钌和金中的一种或几种；所述聚合物凝胶包括丙烯酰胺类-丙烯酸酯类凝胶。本发明从控制加氢反应中反应物和产物传质过程的角度出发，将具有优异催化加氢能力的金属纳米粒子负载于聚合物凝胶内。聚合物凝胶载体的亲水部分可以使催化剂很好的分散在水相中，疏水区域可以富集h2气泡与炔烃发生加氢反应。此外，由于本发明提供的凝胶基纳米金属催化剂的整体亲水性，对烯烃的亲和力极弱，半加氢产物烯烃在催化剂表面会发生快速解吸附，避免了进一步加氢生成烷烃。因此，本发明提供的凝胶基纳米金属催化剂对炔烃选择性加氢反应的催化效率很高。

16、实施例的数据表明，本发明提供的催化剂催化炔烃选择性加氢反应的催化效率可达100％，炔烃的选择性可达97％。

技术特征：

1.一种凝胶基纳米金属催化剂，其特征在于，包括聚合物凝胶和负载于所述聚合物凝胶的网络内部的金属纳米粒子；

2.根据权利要求1所述的凝胶基纳米金属催化剂，其特征在于，所述金属纳米粒子的质量为聚合物凝胶质量的1～5％。

3.根据权利要求1或2所述的凝胶基纳米金属催化剂，其特征在于，所述金属纳米粒子的粒径为5～15nm。

4.根据权利要求1或2所述的凝胶基纳米金属催化剂，其特征在于，所述丙烯酰胺类-丙烯酸酯类共聚物凝胶包括丙烯酰胺-丙烯酸丁酯共聚物凝胶、丙烯酰胺-甲基丙烯酸十二酯共聚物凝胶、n,n-二甲基丙烯酰胺-丙烯酸丁酯共聚物凝胶和二甲基丙烯酰胺-甲基丙烯酸十二酯共聚物凝胶中的一种或几种。

5.权利要求1～4任一项所述的凝胶基纳米金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性金属盐包括铂盐、镍盐、钌盐和金盐中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应的温度为20～30℃，保温时间为10～14h。

8.权利要求1～4任一项所述的凝胶基纳米金属催化剂或权利要求5～7任一项所述的制备方法制备得到的凝胶基纳米金属催化剂在炔烃选择性加氢反应中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述炔烃包括苯乙炔、环己炔、庚炔和4-硝基苯乙炔中的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述炔烃选择性加氢时，所述炔烃和所述凝胶基纳米金属催化剂的摩尔比为500～1000：1。

技术总结
本发明属于金属催化剂材料技术领域，具体涉及一种凝胶基纳米金属催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的凝胶基纳米金属催化剂，包括聚合物凝胶和负载于所述聚合物凝胶的网络内部的金属纳米粒子；所述金属纳米粒子包括铂、镍、钌和金中的一种或几种；所述聚合物凝胶包括丙烯酰胺类‑丙烯酸酯类共聚物凝胶。本发明提供的凝胶基纳米金属催化剂对炔烃选择性加氢反应的催化效率较高。

技术研发人员：赵天艺,张明辉,刘明杰
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11