一种金属负载型催化剂电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚的方法

本发明涉及一种金属负载型催化剂电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚的方法，属于生物质电催化转化制备高附加值化学品领域。

背景技术：

1、醚类化学品是重要的溶剂，同时也是制备燃料添加剂、纺织、制药和化妆品等多领域中重要化学品的原料。工业上，醚类化学品主要由化石产品采用多步法、间接法合成，生产条件往往较为复杂苛刻、能源和原料消耗量大，同时存在一定的环境污染问题。目前，生产环己基甲醚主要面临的困难主要有副产物多、反应可控程度低、能量损耗大、产物分离困难等。

2、木质纤维素是自然界中丰富的可再生碳资源，年产量约1700亿吨。愈创木酚可以从木质素单体中大量生产，这些单体能很轻易地从木质纤维素中分离出来。愈创木酚作为木质纤维素衍生的下游产品，是生产环己基甲醚的具备良好前景的原料。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种金属负载型催化剂电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚的方法，该方法原料廉价易得，催化剂体系简单绿色、环保。

2、本发明所提供的金属负载型催化剂电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚的方法，包括如下步骤：

3、以负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料作为阴极催化剂，在用质子交换膜分隔阴极和阳极的h型电解池中进行愈创木酚的电催化转化，愈创木酚在阴极被还原得到环己基甲醚；

4、所述阴极催化剂中金属纳米颗粒中的金属为铂、铂的合金或铂与其他金属的混合物；

5、具体地，所述金属为pt、crpt、mnpt、fept、copt和rupt中至少一种；

6、所述氧掺杂介孔碳材料为具有介孔的氧掺杂型碳材料；

7、所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料采用本领域中公知的常用方法制备得到；

8、具体采用常用的配位聚合物煅烧法制备所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料，

9、具体方法包括如下步骤：将配位聚合物前驱体(邻苯二酚(含氧碳前驱体)和金属源形成的配位聚合物前驱体，以金属钴铂为例，所述金属源具体可为氯铂酸及硝酸钴)溶解在水中，加入致孔剂，充分混合、配位后除去溶剂，将形成的聚合物在惰性气氛中高温煅烧，并将上述煅烧所得的固体粉末加入氢氟酸中进行酸蚀，洗涤干燥后得到所述负载有金属纳米颗粒(如钴铂双金属纳米颗粒)的氧掺杂介孔碳材料。

10、所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料中，金属纳米颗粒的负载量可为所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料质量的0.5％～10％。

11、作为优选，所述阴极催化剂中的金属为copt；

12、所述负载有钴铂纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料中，钴的负载量为所述负载有钴铂纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料质量的0％～5％(端点0不可取)，具体为0.8％、1％、2％、3％、5％，铂的负载量为所述负载有钴铂纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料质量的0.5％～10％，具体可为2％、3％、5％、8％。

13、上述的方法中，所述阴极催化剂的质量为愈创木酚质量的0.1％～5％，具体可为2％～4％，如3.5％、4％。

14、上述的方法中，所述电催化转化在空气气氛、惰性气氛和/或含氢气的惰性气氛中进行，如氢气体积分数为5％的氢气和氮气的混合气；

15、所述电催化转化的压力可为0.1mpa；

16、所述电催化转化的温度可为25℃～60℃，如25℃；

17、上述的方法中，所述电催化转化在恒电流法下进行，反应电流可为5ma～100ma，如5ma～40ma、7ma、15ma或40ma；

18、所述电催化转化的时间可为1h～50h，如5h。

19、上述的方法中，所述电催化转化在电解液中进行；

20、所述电解液为质子酸的水溶液；

21、所述质子酸为高氯酸、硝酸、磷酸、硫酸和醋酸中的至少一种；

22、所述质子酸的水溶液中，质子酸的摩尔浓度为0.01～1m，如0.05～1m、0.2～1m、1m、0.5m或0.2m；

23、所述电解液与所述愈创木酚的质量比可为50～3000：1，如1000：1。

24、上述的方法中，所述电催化转化反应在两电极体系下进行：工作电极(阴极)可为涂有电催化剂(指上述的阴极催化剂)的导电载体；对电极可为商用的铂网电极。

25、上述的方法中，所述电催化转化在搅拌的条件下进行，搅拌速度为350rpm～550rpm，如450rpm。

26、本发明方法以负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料作为阴极催化剂，通过愈创木酚电催化转化的阴极还原，在用质子交换膜分隔的h型电解池装置中在阴极得到环己基甲醚，产物的选择性可达72.0％。这种用电催化方式对愈创木酚资源化高效利用获得高纯度环己基甲醚的方法不仅符合绿色化学的理念，也有利于拓宽高附加值化学品的生产来源，优化能源结构。因此，电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚将有着重要的实用价值。

27、本发明具有如下有益效果：

28、1、本发明提供的方法，采用金属负载型催化剂电催化，产物主要为环己基甲醚；

29、2、本发明反应能在空气气氛中进行反应，在惰性气氛去除体系中氧气的条件下或极少量氢气参与反应的条件下会更利于反应。

30、3、本发明催化剂体系简单、绿色、环保，愈创木酚廉价易得，为愈创木酚大规模电催化转化利用提供了可能。

技术特征：

1.一种金属负载型催化剂电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒中的金属为铂、铂的合金或铂与其他金属的混合物；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料中，金属纳米颗粒的负载量为所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料质量的0.5％～10％。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料为负载有钴铂纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料，钴的负载量为所述负载有钴铂纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料质量的0％～5％，端点0不可取，铂的负载量为所述负载有钴铂纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料质量的0.5％～10％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极催化剂的质量为愈创木酚质量的0.1％～5％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电催化转化在空气气氛、惰性气氛和/或含氢气的惰性气氛中进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电催化转化的压力为0.1mpa；

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电催化转化在恒电流法下进行，反应电流为5ma～100ma；所述电催化转化的时间为1h～50h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电催化转化在电解液中进行；

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电催化转化反应在两电极体系下进行：工作电极为涂有所述阴极催化剂的导电载体；对电极为铂网电极；

技术总结本发明公开了一种金属负载型催化剂电催化转化愈创木酚制备环己基甲醚的方法。以负载有金属纳米颗粒的氧掺杂介孔碳材料作为阴极催化剂，在用质子交换膜分隔阴极和阳极的H型电解池中进行愈创木酚的电催化转化，愈创木酚在阴极被还原得到环己基甲醚。本发明催化剂体系简单、绿色、环保，愈创木酚廉价易得，为愈创木酚大规模电催化转化利用提供了可能。技术研发人员：孟庆磊,吴睿智,严江,韩布兴受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5