專利名稱：一種納米級炭負載金屬銅催化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米級炭負載金屬銅催化劑的制備方法，屬于甲醇氧化羰基合成碳酸二甲酯的催化劑的制備及應用的技術領域。
背景技術：
活性炭具有雜質灰份含量低、機械強度高、孔徑分布易控、比表面積大、吸附性能好的優良性能，在許多領域中得到了應用，在化工生產中，活性炭負載的金屬及金屬氧化物是一種重要的催化劑，也是催化領域的研究方向；碳酸二甲酯是一種用途廣泛的綠色化學物質，可用于合成多種化工產品，在多種碳酸二甲酯合成技術中，甲醇氣相氧化羰基化法以甲醇、一氧化碳和氧氣為原料，生產成本低，產物選擇性高，是當今國際上重點研究、開發的工藝方法；目前，國內外開發的活性炭負載CuCl2、CuO、Cu2O及Cu2 (OH) 3C1催化劑均采用常規浸潰法制備，制備方法較落后、且工藝復雜、制備時間長、催化劑性能不易調變、穩定性較差，不能滿足工業化使用的要求。針對存在的問題，以銅鹽和活性炭為原料，采用微波輻射法制備炭負載金屬銅催化劑，原料簡單易得、生產成本低，易于實現工業化。
發明內容
發明目的本發明的目的是針對背景技術的狀況，以土豆淀粉、硝酸銅為原料制成濕凝膠，采用微波輻射加熱分解，制成炭負載金屬銅催化劑，以大幅度提高催化劑的性能，擴大催化劑的應用范圍。技術方案本發明使用的化學物質材料為土豆淀粉、硝酸銅、去離子水、氮氣，其組合準備用量如下以克、毫升、厘米3為計量單位
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土豆淀粉(C6H10O5)n η = 1000 300013. 50g±0. Olg
硝酸銅=Cu(NO3)2 · 6H207. 24g±0. Olg
去離子水H202000ml±20ml
氮氣N210000cm3± IOOcm3 制備方法如下
(I)精選化學物質材料
對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制土豆淀粉.固態固體'99.5%硝酸銅固態固體98.5%去離子水液態液體99.9%氮氣氣態氣體99.0%(2)配制硝酸銅水溶液稱取硝酸銅7. 24g±0. Olg，量取去離子水50ml ± lml，加入燒杯中，用攪拌器攪拌 IOmin,成硝酸銅水溶液；(3)配置土豆淀粉水溶液稱取土豆淀粉13. 50g±0. Olg，量取去離子水30ml ± lml，加入燒杯中，配制成土豆淀粉水溶液，然后在電加熱器上加熱至75°C ±2°C，恒溫保持30min，并進行攪拌使淀粉完全溶解，土豆淀粉在水中發生水解，土豆淀粉水解方程式如下
權利要求
1. 一種納米級炭負載金屬銅催化劑的制備方法，其特征在于使用的化學物質材料為土豆淀粉和硝酸銅，其制備組合用量如下以克、毫升、厘米3為計量單位土豆淀粉(C6H10O5)n(η = 1000 3000) 13. 50g±0. Olg 硝酸銅=Cu(NO3)2 · 6H207. 24g±0. Olg去離子水H202000ml±20ml氮氣N2IOOOOcm3 ± IOOcm3制備方法如下(I)精選化學物質材料對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制土豆淀粉’固態固體99.5 %硝酸銅'固態固體98.5%去離子水液態液體99.9%氮氣'氣態氣體99.0%(2)配制硝酸銅水溶液稱取硝酸銅7. 24g±0. Olg,量取去離子水50ml±lml，加入燒杯中，用攪拌器攪拌 IOmin,成硝酸銅水溶液；(3)配置土豆淀粉水溶液稱取土豆淀粉13. 50g±0. Olg,量取去離子水30ml±lml,加入燒杯中，配制成土豆淀粉水溶液，然后在電加熱器上加熱至75°C ±2°C，恒溫保持30min，并進行攪拌使淀粉完全溶解，土豆淀粉在水中發生水解，土豆淀粉水解方程式如下75 0P(C6H10O5)n+ H2O 30min > C6H12O6式中=C6H12O6 :葡萄糖(4)溶液混合將盛有硝酸銅水溶液的燒杯置于電熱磁力攪拌器上，加熱至90°C ±2°C，進行持續攪拌，然后把土豆淀粉水溶液加入到硝酸銅水溶液中，繼續攪拌15min，成混合溶液；(5)超聲波分散將裝有混合溶液的燒杯置于超聲波分散器內，進行超聲波分散15min，成濕凝膠；(6)微波干燥把裝有濕凝膠的燒杯放入微波高溫燒結爐中，抽出微波高溫燒結爐內空氣，使爐內壓強至-O. 08MPa，加熱至550C ±2°C，干燥時間60min，得:固相干凝膠；(7)研磨、過篩將固相干凝膠用瑪瑙研缽、研棒進行研磨，然后用600目篩網過篩，研磨、過篩重復進行，使固相干凝膠成細粉；(8)微波加熱分解炭負載金屬銅催化劑的加熱分解是在微波高溫燒結爐中進行的，是在加熱、真空、氮氣保護、外水循環冷卻下完成的；①將細粉移至石英坩堝中，然后放入微波高溫燒結爐內，并密閉；②抽取微波高溫燒結爐內空氣，真空度達-O.09MPa,然后輸入氮氣，氮氣輸入速度 20cm3/min，待爐內壓強恒定在-O. 04MPa時停止輸入氮氣；③抽取微波高溫燒結爐內氮氣，使爐內壓強恒定在-O.08MPa ；④開啟微波高溫燒結爐加熱器，使爐內細粉溫度逐漸升至760°C±2°C，升溫速率 IO0C /min，在760°C處恒溫保溫30min，使細粉分解；細粉分解過程將發生化學反應，反應方程式如下C6H12O6 + Cu(N03)2-6H20 , 7HTpa > C+ Cu + H2Ot +NO2T+ CO2T式中c:炭Cu :銅H2O :水蒸氣NO2 : 二氧化氮氣體CO2:二氧化碳氣體⑤冷卻待反應完成后停止加熱，在氮氣保護下隨爐自然冷卻降至25°c ；(9)開爐取出產物關閉電源，停止輸入氮氣，開爐取出石英坩堝，石英坩堝內的細粉為終產物，即炭負載金屬銅催化劑；(10)檢測、化驗、分析、表征對制備的催化劑細粉進行色澤、形貌、成分、化學物理性能的檢測、化驗、分析、表征；用X-射線粉末衍射儀進行晶相分析；用掃描電子顯微鏡進行形貌分析；結論產物為黑色炭負載金屬銅催化劑細粉，細粉顆粒直徑IOOnm ；(11)產物儲存對制備的黑色粉體產物儲存于無色透明的玻璃容器中，密閉儲存，置于干燥、陰涼、潔凈環境，要防水、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20°C ±2°C，相對濕度彡10%。
2.根據權利要求I所述的一種納米級炭負載金屬銅催化劑的制備方法，其特征在于 催化劑的加熱、煅燒、分解是在微波高溫燒結爐中進行的，是在微波加熱、抽真空、氮氣保護、外水循環冷卻狀態下完成的；在微波高溫燒結爐(I)內為爐腔(22)，在爐腔(22)中間位置下部為工作臺(2)，在工作臺(2)上置放石英坩鍋(4)，在石英坩鍋(4)內為產物粉末(5);在微波高溫燒結爐(I)內的爐壁上為微波發生器(3);在微波高溫燒結爐(I)的左部設有真空泵(6)，并通過真空管(7)連通微波高溫燒結爐(I)的爐腔(22);在微波高溫燒結爐(I)的左部設有氮氣瓶(8)， 并通過氮氣管(9)、氮氣閥(10)聯通爐腔(22)，爐腔(22)內由氮氣(11)充填；在微波高溫燒結爐⑴的右部設有冷卻水箱(12)，冷卻水箱(12)上設有水泵(14)，水泵(14)泵出的水進入水冷管(13)，水冷管(13)環繞微波高溫燒結爐(I)，形成外水冷卻循環；在微波高溫燒結爐(I)的左外部設有電控箱(15)，在電控箱(15)上設有顯示屏(16)、指示燈(17)、微波控制器(18)、真空泵開關(19)、水泵開關(20)、并通過導線(21)與微波高溫燒結爐(I) 內的微波發生器(3)、真空泵(6)、水泵(14)聯接；在微波高溫燒結爐(I)的頂部設有觀察窗(23)和紅外測溫計(24)。
3.根據權利要求I所述的一種納米級炭負載金屬銅催化劑的制備方法，其特征在于 加熱溫度與時間坐標關系為加熱由25°C開始升溫，即A點，以10°C /min的速率，升至 760 0C ±2°C，S卩B點，在此溫度恒溫、保溫30min± lmin，即B-C區段，然后停止加熱升溫，使其隨爐自然冷卻至25°C，即D點；加熱溫度與時間成正比。
全文摘要
本發明涉及一種納米級炭負載金屬銅催化劑的制備方法，是以土豆淀粉、硝酸銅為原料，采用溶膠凝膠法經配制溶液、超聲波分散、微波加熱分解、研磨、過篩，制成納米級炭負載金屬銅催化劑，可用于甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯，此催化劑中金屬銅分散均勻，與原料氣混合可實現快速反應，穩定性和抗結性能好，此制備方法工藝流程短，易于操作，材料來源豐富，配比合理、數據翔實準確，是十分理想的用于甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化劑的制備方法。
文檔編號C07C69/96GK102600843SQ20121002813
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月14日 優先權日2012年1月14日
發明者任軍, 劉泉, 李忠, 秦志峰, 苗茂謙, 裴永麗, 謝克昌, 郭長江, 韓曉霞 申請人:太原理工大學