MIL-100(Fe)在苯的光催化羟化制苯酚中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化技术领域，具体涉及到一种Fe基金属-有机框架材料MIL-1OO(Fe)，在以H2O2为氧化剂及可见光激发下实现苯的羟化制苯酚中的应用。
【背景技术】
[0002]苯酚是一种重要的化工中间体，其用途非常广泛。进入21世纪，随着工业化和现代化进程的不断加快，苯酚的消耗量也急剧增加。然而目前工业上生产的苯酚严重不足，难以满足日益增长的需求。工业生产以异丙苯法为主，通过三步合成苯酚，该方法具有原材料廉价的优点，但是伴随有污染严重、能量消耗大和产生几乎等摩尔量的副产物的缺点。因此，为了解决这些缺点以及满足社会对苯酚的需求和经济环境的要求，开发新型、清洁的苯酚合成方法已迫在眉睫。如何开发新型、清洁的苯酚合成方法以及有效地降低能源消耗和环境污染，引起世界各国科学家们的广泛关注。到目前，很多具有催化羟化苯生成苯酚的催化剂被开发出来，特别是掺杂Fe的无机材料，它们为促进苯酚的合成提供了新思路。然而，这些催化剂中的大多数都需要在加热条件下才具有催化活性。这不仅需要巨大的能耗，如化石燃料的消耗，而且还加重了环境污染。如果能用一种清洁廉价的能源来代替化石燃料，这将有利于不可再生能源的节约和环境污染的降低。
[0003]太阳能是一种清洁可再生能源，利用太阳能驱动化学反应被视为是一种具有巨大潜力的技术，因此受到了国内外科学家的高度关注。近年来发展起来的光催化是一种能直接利用太阳能转化为化学能的技术，具有绿色环保，无二次污染的特点。金属-有机框架材料(MOFs)由于具有比表面积大、暴露的活性位点多、结构易调控以及化学稳定性好等特点，作为催化剂逐渐被用于多相催化体系。又由于其金属-氧簇可看作无机半导体，配体可作为纳米天线，这使得MOFs有望在光催化领域发挥重要作用。如果能结合MOFs材料的特点和在光催化方面的作用应用于苯的羟化，这将给苯酚生产带来新的希望。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供MIL-100 (Fe)在苯的光催化羟化制苯酚中的应用。以地壳含量丰富的Fe元素构成的金属-有机框架材料MIL-100 (Fe)为光催化剂，应用于苯的光催化羟化制苯酚的反应。产物选择性高，体系稳定性好，实验操作简便易行，具有广阔的应用前景。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
所述的MIL-100 (Fe)应用于苯的可见光催化羟化制苯酚。所述的反应体系以H2O2为氧化剂，MIL-100 (Fe)为光催化剂。
[0006]所述的光催化剂MIL-100 (Fe)通过水热法合成。其合成步骤为:分别将摩尔比为
1.2:1-1.5:1 的 Fe (NO3) 3.9H20、H3BTC 加入 5mL H2O 中，搅拌 10~15min 后得到悬浊的混合液，将该悬浊混合液转移到10mL的水热釜中，在160~180°C下反应12h。过滤得到固体，洗涤烘干。
[0007]本发明的显著优点在于:
(I)本发明首次将MIL-100 (Fe)应用于可见光催化苯的羟化制苯酚。
[0008](2)本发明的可见光催化苯的羟化制苯酚体系较传统苯酚合成方法节约能耗，降低环境污染以及选择性更高。
[0009](3)本发明的实验操作方法简单易行，有利于大规模的推广。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的催化剂MIL-100 (Fe)的X射线衍射(XRD)图。
[0011]图2是本发明的催化剂MIL-1OO(Fe)的紫外-可见漫反射图。
[0012]图3是本发明的以MIL-100 (Fe)为催化剂光催化羟化苯生成苯酚的转化率-时间曲线:曲线(a)有催化剂和光照的条件下苯羟化转化情况；曲线(b)是光催化反应4h后过滤催化剂后苯羟化转化情况；曲线(c，d)是无催化剂或无光照条件下苯羟化转化情况。
【具体实施方式】
[0013]以下是本发明的几个实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。
[0014]实施例1 MIL-1OO(Fe)光催化剂的制备
分别将摩尔比为 1.2:1-1.5:1 的？6(勵3)3*9!120、!^1'(:加入51^ H2O 中，搅拌 10~15min后得到悬浊的混合液，将该悬浊混合液转移到10mL的水热釜中，在160~180°C下反应12h。过滤得到固体，洗涤烘干。图1展示了本发明的可见光催化剂MIL-1OO(Fe)的X射线衍射(XRD)图，从图中可以发现制备的MIL-1OO(Fe)为纯相。图2展示了本发明的可见光催化剂MIL-1OO(Fe)的紫外-可见漫反射图，从图中可看到MIL-1OO(Fe)的吸收带边延伸至600nm，可以有效的吸收可见光。
[0015]实施例2
MIL-1OO(Fe)光催化剂苯羟化制苯酚
将制备的Fe基金属-有机框架材料MIL-100 (Fe)用作光催化剂羟化苯，称取1mg催化剂加入2mL乙腈、2mL水、44 μ L苯，再搅拌下逐滴加入42 μ LH2O2 (30wt%)。然后开启光源进行光催化反应，产物使用气相色谱检测。实验使用的光源为300 W氙灯，使用滤光片以保证入射光为可见光(420 nm< λ <800 nm)。苯的转化情况如图3所示，从图上可以看出在有催化剂时，苯在光照8h后转化率达到20.1% (曲线a)，在光催化反应4h后过滤催化剂后，苯的转化率基本不变(曲线b)，而在没有加催化剂或不光照条件下，苯的转化率基本为零(曲线c，d)o因此，MIL-100 (Fe)具有高效的光催化苯羟化性能。
[0016]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1. LMIL-1OO(Fe)在苯的光催化羟化制苯酚中的应用，其特征在于:所述的MIL-100 (Fe)应用于苯的光催化羟化制苯酚。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于:所述的MIL-1OO(Fe)应用于可见光催化羟化苯制备苯酚。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于:所述的反应体系以H2O2为氧化剂。
【专利摘要】本发明公开了MIL-100(Fe)在苯的光催化羟化制苯酚中的应用，属于光催化技术领域。MIL-100(Fe)是一种以地壳含量丰富的Fe元素构成的金属-有机框架材料。本发明首次将MIL-100(Fe)作为光催化剂应用于羟化苯制苯酚，并且解决现有技术中采用三步法合成苯酚中的能耗高、选择性低以及产生等摩尔量副产物等问题。本发明工艺简单，成本低，符合实际生产需要，具有较大的应用潜力。
【IPC分类】B01J31-22, C07C39-04, C07C37-60
【公开号】CN104844423
【申请号】CN201510153381
【发明人】李朝晖, 王登科
【申请人】福州大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月2日