负载型催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及催化剂，具体地，涉及一种负载型催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、苯乙酮作为一种重要的化工原料，既在香皂和纸烟制造中有所应用，同时也可用作有机合成中间体和增塑剂等，有着广阔的应用前景。

2、传统的苯乙酮合成方法有多种，最常用的一般是利用friedel-crafts均相反应，即在化学计量的无水三氯化铝催化下由苯与乙酰氯、乙酸酐或乙酸反应制取。这种合成方法产生了大量的毒害，腐蚀性的废液，对催化剂用量大，重复利用困难，并且产物分离困难。另外，有气固相催化反应，如：苯甲酸甲酯氢化反应，以氧化铈作为加氢催化剂合成苯乙酮。在气固相催化反应体系中，对催化剂和反应装置要求高，且反应温度高，需要消耗大量不可再生能源。目前工业上使用金属配合物在均相高温下氧化乙苯制备苯乙酮，这类方法同样存在上述问题，另外反应的温度较高，需要消耗能源。如：jpo7196573中公开了以环烷基羧酸钴或醋酸钴在氧气作用下催化氧化乙基苯(135℃左右)制备苯乙酮，乙苯转化率低，苯乙酮收率也很低。乙苯在kmno4，o3，有机过氧化物等氧化剂作用下也可生成苯乙酮，但同样存在产物分离困难，产生大量废液的问题。此外，利用光化学反应也可制备苯乙酮，乙苯或α-甲基苯乙烯在光催化剂作用下使用h2o2或有机过氧化物(如：tbhp)为氧化剂，通过光照射可得苯乙酮。催化剂主要有钛硅分子筛，含cr分子筛，金属水滑石类，金属配合物等。此类催化剂需使用过氧化物为氧化剂，成本较高。

3、因此，研制出一种绿色高效的光催化剂来制备苯乙酮具有重要的经济效益和社会意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决目前氧化乙苯制备苯乙酮存在产物分离困难，产生大量有害废液，消耗大量不可再生能源，且乙苯转化率低，苯乙酮收率也很低的问题，提供一种负载型催化剂及其制备方法和应用，该负载型催化剂在bi2wo6表面负载fe单原子提高了bi2wo6光催化效果，同时，该负载型催化剂的制备方法具有简单可控、成本低廉、条件温和对环境友好的优点，具有较高的商业化应用前景，并且该负载型催化剂在乙苯催化氧化制备苯乙酮的反应中提高了乙苯的转化率。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种负载型催化剂，该负载型催化剂的载体包括载体和负载在所述载体上的活性组分；

3、所述载体为bi2wo6，活性组分为fe单原子。

4、本发明第二方面提供了一种负载型催化剂的制备方法，该制备方法包括：将bi2wo6溶液与铁源混合，然后进行光照。

5、本发明的第三方面提供了一种上述制备方法制备的负载型催化剂。

6、本发明的第四方面提供了一种上述负载型催化剂在制备苯乙酮中的应用。

7、本发明的第五方面提供了一种制备苯乙酮的方法，该方法包括：在催化剂存在下，将乙苯在氧气氛围下进行光照；

8、其中，所述催化剂为上述的负载型催化剂。

9、在上述技术方案中，本发明的负载型催化剂依靠fe单原子的高活性达到降低光生载流子的复合率，提高可见光利用率的目的；该负载型催化剂的结构在可见光区域有比bi2wo6更宽的吸收范围，可以增强可见光响应，bi2wo6表面负载fe单原子后，性能比纯的bi2wo6提高3倍以上，这是由于在fe1/bi2wo6表面形成的fe单原子，降低了光生载流子的复合率，提高了可见光的吸收，从而提高了光催化活性。

10、同时，本发明通过还原铁离子的方法，选取光诱导还原途径，在bi2wo6表面将fe3+原位还原成+2到+3价的fe单原子，一步反应形成负载型催化剂fe1/bi2wo6，制备方法简单、成本低廉、条件温和具有较高的商业化应用前景。

11、本发明的负载型催化剂应用于乙苯氧化制备苯乙酮中提高了乙苯的转化率。

12、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种负载型催化剂，其特征在于，所述负载型催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分；

2.根据权利要求1所述的负载型催化剂，其特征在于，所述负载型催化剂的形状为四边形，粒径为50-120nm；

3.一种负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁源选自氯化铁、硝酸铁和酞菁铁中的一种或两种以上；

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述光照的条件包括：光强为1.8w/cm2-2.5w/cm2，时间为0.25-0.75h，光源为氙灯和/或白色led灯。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述bi2wo6的制备方法包括：

7.根据权利要求3-6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述铋源选自bi(no3)3·5h2o、bi(no3)3·xh2o、bi5h9n4o22和biono3中的一种或两种以上；

8.一种如权利要求3-7中任意一项所述的制备方法制备的负载型催化剂。

9.一种如权利要求1、2和8中任意一项所述的负载型催化剂在制备苯乙酮中的应用。

10.一种制备苯乙酮的方法，其特征在于，所述方法包括：在催化剂的存在下，将乙苯在氧气氛围下进行光照；

技术总结
本发明为了解决目前氧化乙苯制备苯乙酮存在产物分离困难，产生大量有害废液，消耗大量不可再生能源，且乙苯转化率低，苯乙酮收率也很低的问题，提供一种负载型催化剂及其制备方法和应用，所述负载型催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分；所述载体为Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;，活性组分为Fe单原子；该负载型催化剂在Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;表面负载Fe单原子提高了Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;光催化效果，同时，该负载型催化剂的制备方法具有简单可控、成本低廉、条件温和对环境友好的优点，具有较高的商业化应用前景，并且该负载型催化剂在乙苯催化氧化制备苯乙酮的反应中提高了乙苯的转化率。

技术研发人员：毛俊杰,柯善晓
受保护的技术使用者：安徽师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15