一種催化碳纖維及制備方法
【專利摘要】一種催化碳纖維及制備方法，所述的催化碳纖維是：碳纖維與金屬酞菁、對(duì)氨基苯磺酸之間是通過共價(jià)鍵方式結(jié)合而成；使用的金屬酞菁特征是具有式1結(jié)構(gòu)，其中：M可以是鐵、鈷、鎳、錳、銅、銣、鋅、鉑和鈀過渡金屬離子；R1為-NH2，R2、R3、R4分別為-H、-NH2、-COOH、-NO2、-NHCOCH3、-NHSO3H、-SO3H中的任意一種；所述方法是選用含有氨基的金屬酞菁，在60-90℃的條件下，加入對(duì)氨基苯磺酸、碳纖維及縮合劑，反應(yīng)一定時(shí)間，取出負(fù)載有金屬酞菁的碳纖維，反復(fù)洗滌，80-100℃烘干制得催化碳纖維；該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，易于操作等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種催化碳纖維及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種催化碳纖維及制備方法，屬于材料、化學(xué)與化工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬酞菁是由亞胺橋鍵連接四個(gè)對(duì)稱異吲哚單元構(gòu)成的π電子共軛大環(huán)化合物，中心金屬離子可以是元素周期表中的多種金屬元素，在酞菁分子外圍的苯環(huán)上可以引入多種取代基，金屬酞菁還可以通過共享一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)聚合起來形成單金屬或多金屬多聚酞菁。其結(jié)構(gòu)具有以下特征:(1)芳香族H電子在整個(gè)酞菁環(huán)上共軛，共軛大分子呈現(xiàn)高度的平面性，催化反應(yīng)可在該平面的軸向位置發(fā)生；(2)芳香環(huán)既具有電子給體的特性，又具有電子受體的特性；(3)化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，它耐酸、耐堿、耐水浸、耐熱、耐光以及耐各種有機(jī)溶劑。上述特征，使它們滿足了催化過程中對(duì)催化劑的近乎苛刻的要求，可作為催化劑用于催化氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、羰基化反應(yīng)、分解反應(yīng)、脫鹵反應(yīng)、脫羧反應(yīng)、聚合反應(yīng)和傅克反應(yīng)等多種類型的反應(yīng)。中心金屬離子和外圍取代基團(tuán)的種類、多聚酞菁導(dǎo)致共軛性的改變等都可以影響金屬酞菁的催化性能。此外，在反應(yīng)介質(zhì)中酞菁分子的締合度對(duì)其催化性能的影響也較大，由于金屬酞菁的結(jié)構(gòu)使其在溶液中具有形成無活性的二聚物甚至多聚物的趨勢(shì)，二聚物的形成將減少軸向配位的活性點(diǎn)，從而導(dǎo)致催化效率大幅度降低。通過負(fù)載的方法能有效提高金屬酞菁的循環(huán)使用性能。但目前大多數(shù)負(fù)載型金屬酞菁制備路線仍然較為復(fù)雜，且其耐溶劑和耐高溫的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高，因此，需要開發(fā)一種簡(jiǎn)易、溫和的制備方法合成適用范圍更廣的負(fù)載型金屬酞菁催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供了一種設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便，易于操作的催化碳纖維及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，所述的催化碳纖維，它是將載體碳纖維與金屬酞菁、對(duì)氨基苯磺酸之間通過共價(jià)鍵方式結(jié)合，使用的金屬酞菁特征具有式I結(jié)構(gòu)，其中:Μ可以是鐵、鈷、鎳、錳、銅、銣、鋅、鉬和鈀過渡金屬離子況為-NH2, R2、R3、R4分別為-H、-NH2, -C00H、-NO2, -NHCOCH3> -NHSO3H, -SO3H 中的任意一種；
[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種催化碳纖維，其特征是:載體碳纖維與金屬酞菁、對(duì)氨基苯磺酸之間是通過共價(jià)鍵方式結(jié)合，使用的金屬酞菁特征具有式I結(jié)構(gòu)，其中:M可以是鐵、鈷、鎳、錳、銅、銣、鋅、鉬和鈀過渡金屬離子 A1 為-NH2，R2、R3、R4 分別為-H、-NH2、-COOH、-NO2、-NHCOCH3、-NHS03H、-SO3H中的任意一種；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化碳纖維，其特征在于所述的碳纖維是預(yù)氧絲、碳化絲、成品絲，其直徑是0.2-20 μ m ;碳纖維形態(tài)是長絲狀、短纖維狀以及短切纖維狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化碳纖維，其特征在于所述載體碳纖維負(fù)載的金屬酞菁質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1_15%，負(fù)載的氨基苯磺酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01-30%。
4.一種如權(quán)利要求1或2或3所述的催化碳纖維的制備方法，其特征在于該制備方法選用含有-NH2的金屬酞菁和對(duì)氨基苯磺酸為原料，在反應(yīng)溫度為60-90°C的條件下，將碳纖維分散于溶劑中，將充分溶解在溶劑中的含有-NH2的金屬酞菁、對(duì)氨基苯磺酸和縮合劑加入其中，攪拌反應(yīng)2-48小時(shí)，反應(yīng)完成后取出負(fù)載有金屬酞菁的碳纖維，分別使用反應(yīng)溶劑、N，N- 二甲基甲酰胺、水、乙醇洗滌，80-100°C烘干可得催化碳纖維。
5.一種如權(quán)利要求1或2或3所述的催化碳纖維的制備方法，其特征在于該制備方法在反應(yīng)溫度為60-90°C的條件下，將碳纖維分散于溶劑中，將充分溶解在溶劑中含有-NH2的金屬酞菁和縮合劑加入其中，攪拌反應(yīng)2-48小時(shí)，反應(yīng)完成后取出負(fù)載有金屬酞菁的碳纖維，分別使用反應(yīng)溶劑、N, N-二甲基甲酰胺、水、乙醇洗滌，80°C烘干得碳纖維負(fù)載金屬酞菁；接著在反應(yīng)溫度為60-90°C的條件下，將碳纖維負(fù)載金屬酞菁分散于溶劑中，將充分溶解在溶劑中的對(duì)氨基苯磺酸和縮合劑加入其中，攪拌反應(yīng)2-48小時(shí)，反應(yīng)完成后取出負(fù)載有金屬酞菁的碳纖維，分別使用反應(yīng)溶劑、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇洗滌，80-100°C烘干得催化碳纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述催化碳纖維的制備方法，其特征在于所用的縮合劑是亞硝酸異戊酯；所用的溶劑是:N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮或者N，N-二甲基乙酰胺。
【文檔編號(hào)】B01J31/22GK103721747SQ201310689382
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】呂汪洋, 李楠, 陳文興, 姚玉元 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)