本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種碳基材料，以該碳基材料的總重量為基準(zhǔn)，該碳基材料含有1-99重量％的碳元素、0.2-60重量％的鎂元素、0.5-60重量％的氧元素和0.1-40重量％的氯元素。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了一種制備碳基材料的方法，該方法包括如下步驟：(1)將固體碳源、前驅(qū)體和水混合，得到混合后的物料；其中，所述前驅(qū)體含有鎂源和氯源；(2)將步驟(1)得到的混合后的物料進(jìn)行干燥，得到干燥后的物料；(3)將步驟(2)得到的干燥后的物料進(jìn)行焙燒。發(fā)明專利技術(shù)還提供了如上所述的碳基材料在催化烴的氧化中的用途。通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明專利技術(shù)能夠同時(shí)提高氧化制備烯烴的選擇性和轉(zhuǎn)化率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及材料化學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種碳基材料、一種碳基材料的制備方法和該碳基材料的用途。
技術(shù)介紹
碳基材料包括碳納米管、活性炭、石墨、石墨烯、富勒烯、碳納米纖維和納米金剛石等等。碳基材料可以作為氧化烷烴的催化材料，例如：有文獻(xiàn)(AppliedCatalysis,29(1987)311-326)報(bào)道了利用活性炭為催化劑將乙苯氧化脫氫成為苯乙烯，還有文獻(xiàn)(ACTAPHYSICAPOLONICA,Vol.118,(2010),459-464)報(bào)道了利用活性炭為催化劑將正丁烷轉(zhuǎn)化為丁烯和丁二烯。研究表明，如果在納米碳材料(例如納米碳管和石墨烯)表面上修飾含氧、氮等雜原子的飽和及非飽和官能團(tuán)，可以改變納米碳材料的催化活性，如可以通過(guò)對(duì)納米碳材料進(jìn)行氧化處理實(shí)現(xiàn)在納米碳材料中引入氧原子，從而增加納米碳材料中含氧官能團(tuán)的含量。例如，可以將納米碳材料在強(qiáng)酸(如HNO3、H2SO4)和/或強(qiáng)氧化性溶液(如H2O2、KMnO4)中進(jìn)行回流反應(yīng)，在回流反應(yīng)的同時(shí)還可以輔助進(jìn)行微波加熱或超聲振蕩，以增強(qiáng)氧化反應(yīng)的效果。但是，在強(qiáng)酸和/或強(qiáng)氧化性溶液中進(jìn)行回流反應(yīng)可能會(huì)對(duì)納米碳材料的骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，甚至破壞納米碳材料的骨架結(jié)構(gòu)。例如：將納米碳材料用硝酸進(jìn)行氧化，雖然可以在納米碳材料表面引入大量含氧官能團(tuán)，但是極易造成納米碳材料被切斷和/或明顯增加石墨網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的缺陷位，從而降低納米碳材料的性能，如熱穩(wěn)定性。另外，通過(guò)在強(qiáng)酸和/或強(qiáng)氧化性溶液中進(jìn)行回流反應(yīng)，以引入氧原子時(shí)，氧原子的引入量對(duì)反應(yīng)操作條件的依賴性高，波動(dòng)范圍較寬，不易精確控制。烯烴特別是二烯烴和芳香烯烴是重要的化工原料，例如丁二烯是生產(chǎn)合成橡膠(例如丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠)的主要原料。利用苯乙烯與丁二烯共聚，生產(chǎn)各種用途廣泛的樹(shù)脂(如ABS樹(shù)脂、SBS樹(shù)脂、BS樹(shù)脂和MBS樹(shù)脂)，使丁二烯在樹(shù)脂生產(chǎn)中逐漸占有重要地位。此外，丁二烯還可用于生產(chǎn)乙叉降冰片烯(乙丙橡膠第三單體)、1,4-丁二醇、己二腈(尼龍66單體)、環(huán)丁砜、蒽醌和四氫呋喃等，因此丁二烯也是重要的基礎(chǔ)化工原料。此外，苯乙烯也是重要的合成橡膠和塑料的單體，可以用來(lái)生產(chǎn)丁苯橡膠、聚苯乙烯和泡沫聚苯乙烯等；也用于與其他單體共聚制造多種不同用途的工程塑料。如與丙烯腈、丁二烯共聚制得ABS樹(shù)脂，廣泛用于各種家用電器及工業(yè)上；與丙烯腈共聚制得的SAN樹(shù)脂是耐沖擊、色澤光亮的樹(shù)脂；與丁二烯共聚所制得的SBS是一種熱塑性橡膠，廣泛用作聚氯乙烯、聚丙烯的改性劑等。苯乙烯主要用于生產(chǎn)苯乙烯系列樹(shù)脂及丁苯橡膠，也是生產(chǎn)離子交換樹(shù)脂及醫(yī)藥品的原料之一，此外，苯乙烯還可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)。氧化脫氫是制備烯烴的重要方法，例如可以將丁烷氧化脫氫生成1-丁烯，1-丁烯可以進(jìn)而氧化脫氫生成1,3-丁二烯；也可以將苯乙烷氧化脫氫生成苯乙烯。氧化脫氫是制備烯烴存在著選擇性和轉(zhuǎn)化率難以同時(shí)提高的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服氧化脫氫制備烯烴中所存在的選擇性和轉(zhuǎn)化率一般難以同時(shí)提高的問(wèn)題，提供一種能夠催化氧化脫氫制備烯烴并同時(shí)獲得高選擇性和轉(zhuǎn)化率的碳基材料、該碳基材料的制備方法和該碳基材料的用途。本專利技術(shù)的專利技術(shù)人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，使用含有鎂源和氯源的前驅(qū)體浸漬具有催化活性的碳源物質(zhì)，并且干燥焙燒后，能夠使鎂和氯非常均勻地整合到具有催化活性的碳源物質(zhì)中，且鎂非常均勻地分布于碳基材料上，形成能夠催化氧化脫氫制備烯烴并同時(shí)獲得高選擇性和轉(zhuǎn)化率的碳基材料，由此得到了本專利技術(shù)。一方面，本專利技術(shù)提供了一種碳基材料，以該碳基材料的總重量為基準(zhǔn)，該碳基材料含有1-99重量％的碳元素、0.2-60重量％的鎂元素、0.5-60重量％的氧元素和0.1-40重量％的氯元素；且該碳基材料的XPS圖譜中，鎂的2p電子的結(jié)合能特征峰的位置大于50.3eV。另一方面，本專利技術(shù)還提供了一種制備碳基材料的方法，該方法包括如下步驟：(1)將固體碳源、前驅(qū)體和水混合，得到混合后的物料；其中，所述前驅(qū)體含有鎂源和氯源；所述鎂源和所述氯源在所述混合后的物料中以溶解狀態(tài)存在；所述固體碳源中的碳元素與所述前驅(qū)體中的鎂元素和氯元素的重量比為1：(0.002-2)：(0.01-20)；(2)將步驟(1)得到的混合后的物料進(jìn)行干燥，得到干燥后的物料；(3)將步驟(2)得到的干燥后的物料進(jìn)行焙燒。另一方面，本專利技術(shù)還提供了如上所述的方法制備得到的碳基材料。再一方面，本專利技術(shù)還提供了如上所述的碳基材料以及如上所述方法制備得到的碳基材料在催化烴氧化反應(yīng)中的用途。通過(guò)上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)能夠同時(shí)提高氧化脫氫制備烯烴的選擇性和轉(zhuǎn)化率。本專利技術(shù)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明附圖是用來(lái)提供對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本專利技術(shù)，但并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的限制。在附圖中：圖1是實(shí)施例1得到的碳基材料的氯的XPS圖譜；其縱軸表示信號(hào)值，橫軸表示結(jié)合能(eV)。圖2是實(shí)施例1得到的碳基材料的鎂的XPS圖譜；其縱軸表示信號(hào)值，橫軸表示結(jié)合能(eV)。圖3是實(shí)施例1得到的碳基材料的氧的XPS圖譜；其縱軸表示信號(hào)值，橫軸表示結(jié)合能(eV)。圖4是實(shí)施例1得到的碳基材料的透射電鏡圖。具體實(shí)施方式以下對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本專利技術(shù)，并不用于限制本專利技術(shù)。本專利技術(shù)提供了一種碳基材料，以該碳基材料的總重量為基準(zhǔn)，該碳基材料含有1-99重量％的碳元素、0.2-60重量％的鎂元素、0.5-60重量％的氧元素和0.1-40重量％的氯元素，且該碳基材料的XPS圖譜中，鎂的2p電子的結(jié)合能特征峰的位置大于50.3eV。本專利技術(shù)中，碳基材料中各元素的含量是將碳基材料在300℃的溫度下于氦氣氣氛中干燥3小時(shí)后，采用X射線光電子能譜法測(cè)定的數(shù)值。本專利技術(shù)中，X射線光電子能譜圖譜是指XPS圖譜，XPS圖譜可以按照儀器分析領(lǐng)域常規(guī)的方法測(cè)定得到，X射線光電子能譜中特定范圍內(nèi)的峰確定的元素的量的計(jì)算可以按照儀器分析領(lǐng)域常規(guī)的方法進(jìn)行計(jì)算，例如可以按照X射線光電子能譜儀的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行測(cè)定并使用X射線光電子能譜儀自帶的數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行定量計(jì)算，本專利技術(shù)對(duì)此沒(méi)有特殊要求。本專利技術(shù)中，從進(jìn)一步提高所述碳基材料的催化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳基材料，其特征在于：以該碳基材料的總重量為基準(zhǔn)，該碳基材料含有1?99重量％的碳元素、0.2?60重量％的鎂元素、0.5?60重量％的氧和0.1?40重量％的氯元素；且該碳基材料的XPS圖譜中，鎂的2p電子的結(jié)合能特征峰的位置大于50.3eV。
【技術(shù)特征摘要】
2015.01.27 CN 20151004093951.一種碳基材料，其特征在于：以該碳基材料的總重量為基準(zhǔn)，該碳
基材料含有1-99重量％的碳元素、0.2-60重量％的鎂元素、0.5-60重量％的
氧和0.1-40重量％的氯元素；且該碳基材料的XPS圖譜中，鎂的2p電子的
結(jié)合能特征峰的位置大于50.3eV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳基材料，其中，以該碳基材料的總重量為
基準(zhǔn)，該碳基材料含有10-90重量％的碳元素、2-50重量％的鎂元素、2-50
重量％的氧元素和1-30重量％的氯元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳基材料，其中，以該碳基材料的總重量為
基準(zhǔn)，該碳基材料含有20-80重量％的碳元素、5-30重量％的鎂元素、5-40
重量％的氧元素和2-20重量％的氯元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的碳基材料，其中，該碳基材料
的X射線光電子能譜中，197.7-198.1eV范圍內(nèi)的峰確定的氯元素的量與
199.7-200.1eV范圍內(nèi)的峰確定的氯元素的量的比值在0.5-2的范圍內(nèi)；
533.1-533.5eV范圍內(nèi)的峰確定的氧元素的量與531.8-532.2eV范圍內(nèi)的峰確
定的氧元素的量的比值在0.2-5的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的碳基材料，其中，該碳基材料
的表面的面積相同的不同X光微區(qū)中，鎂元素的含量的變異系數(shù)在20％以
下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的碳基材料，其中，所述碳基材
料中過(guò)氧基團(tuán)的含量不大于2×10-6mol/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳基材料，其中，所述碳基材料中過(guò)氧基團(tuán)
的含量不大于1×10-6mol/g。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的碳基材料，其中，該碳基材料
的結(jié)構(gòu)形態(tài)包括碳納米管、石墨烯、富勒烯、納米碳顆粒、活性炭、薄層
石墨、碳納米纖維和納米金剛石的結(jié)構(gòu)形態(tài)中的至少一種。
9.一種制備碳基材料的方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：
(1)將固體碳源、前驅(qū)體和水混合，得到混合后的物料；其中，所述
前驅(qū)體含有鎂源和氯源...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：榮峻峰，史春風(fēng)，謝婧新，于鵬，宗明生，林偉國(guó)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)石油化工股份有限公司，中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11
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