一种用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛的Ag/TiO2光催化剂的制备和应用

一种用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛的ag/tio2光催化剂的制备和应用
技术领域
1.本发明涉及一种用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛的ag/tio2光催化剂的制备和应用。


背景技术：

2.苯甲醛是工业生产中最重要的芳香醛，也是苯甲醛系香料中最基本的原料，用途广泛，主要用于合成各类医药产品、食品添加剂、塑料添加剂和香精香料。目前，苯甲醛的合成中依然存在反应温度高、能耗大、路线复杂、环境污染、转化率和选择性无法同时兼得等问题。例如，cn101456798b公开了一种苯甲醛的制备方法，以苯甲酸甲酯、甲醇和水为原料，在反应温度为300～600℃、常压下，在双功能催化剂条件下发生反应，反应产物经后处理制得苯甲醛；cn109174148b公开了一种超薄n掺杂纳米片多孔的石墨相氮化碳负载过渡金属氧化物催化剂的制备方法，用于催化氧化甲苯合成苯甲醛，氧气压力为1 mpa，反应温度160℃，反应12 h，甲苯转化率为10.8%，苯甲醛选择性为90.1%。
3.苯乙烯通过侧链的选择性氧化能够合成苯甲醛，传统的热催化氧化反应需要高温或高压条件，而光催化氧化反应在常温常压下进行，条件温和，能耗低，环境友好，因此光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛具有潜在的应用前景。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种ag/tio2光催化剂的制备方法及其在光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛中的应用。
5.本发明提供一种ag/tio2光催化剂的制备方法，条件和步骤如下：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入0.5～2.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至50～70℃，再向上述体系中逐滴加入2.5～7.5 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。
6.本发明提供一种ag/tio2光催化剂的应用，应用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛，条件和步骤如下：在光催化反应釜中分别准确加入25～75 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，2.5～7.5 ml乙腈和1.5～4.5 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应1～6 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，计算苯乙烯的转化率和苯甲醛的选择性。
7.本发明的有益效果：ag/tio2光催化剂的原料廉价易得，制备方法简单，利用效率较高。ag/tio2光催化剂用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛反应中，常温常压，反应条件温和，能耗低，环境友好，并且能够同时获得较高的苯乙烯转化率和苯甲醛选择性。
8.实施例1：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入0.5 ml 5% nh3·
h2o
溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为8.1%，苯甲醛的选择性为94.6%。
9.实施例2：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为48.6%，苯甲醛的选择性为86.3%。
10.实施例3：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入2.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为2.6%，苯甲醛的选择性为84.9%。
11.实施例4：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至50℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为7.0%，苯甲醛的选择性为95%。
12.实施例5：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至70℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为20%，苯甲醛的选择性为95.5%。
13.实施例6：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入2.5 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为2.0%，苯甲醛的选择性为96.3%。
14.实施例7：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入7.5 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为20.6%，苯甲醛的选择性为97.9%。
15.实施例8：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入25 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应6 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为56.5%，苯甲醛的选择性为92.1%。
16.实施例9：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应6 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为77.0%，苯甲醛的选择性为88.3%。
17.实施例10：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入75 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应6 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气
w）的波长为全波长，搅拌反应1 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为6.3%，苯甲醛的选择性为99.9%。
23.实施例16：在15.9 ml 9.225 mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5 ml 5% nh3·
h2o溶液，然后将0.3 g tio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60 min。将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0 ml 5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60 min得到固液混合物。通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10 h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂。在光催化反应釜中分别准确加入50 mg光催化剂，0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应5 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为56.0%，苯甲醛的选择性为92.3%。
24.实施例17：在光催化反应釜中分别准确加入0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为20.9%，苯甲醛的选择性为53.1%。
25.实施例18：在光催化反应釜中分别准确加入50 mg tio2（锐钛矿），0.5 ml苯乙烯，5.0 ml乙腈和3.0 ml 70 wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300 w）的波长为全波长，搅拌反应3 h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为33.4%，苯甲醛的选择性为84.0%。

技术特征：
1.一种用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛的ag/tio2光催化剂的制备和应用，其特征在于所制备的催化剂应用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛反应中具有高苯乙烯转化率和高苯甲醛选择性：在15.9ml9.225mmol/l的agno3溶液中逐滴加入1.5ml5%nh3·
h2o溶液，然后将0.3gtio2（锐钛矿）加入混合溶液中，在25℃的水浴中搅拌60min，将水浴温度升至60℃，再向上述体系中逐滴加入5.0ml5%的葡萄糖溶液，继续搅拌60min得到固液混合物，通过离心过滤洗涤固体3次，再将固体在70℃下真空干燥10h，所得干燥粉末为质量分数为5%的ag/tio2光催化剂；在光催化反应釜中分别准确加入50mg光催化剂，0.5ml苯乙烯，5.0ml乙腈和3.0ml70wt.%叔丁基过氧化氢水溶液，密封反应釜，调节氙灯（300w）的波长为全波长，搅拌反应6h，反应结束后，离心分离催化剂固体和液体，对滤液进行气相色谱分析，苯乙烯的转化率为77.0%，苯甲醛的选择性为88.3%。

技术总结
苯甲醛是工业生产中最重要的芳香醛，其合成过程中存在着反应温度高、能耗大、路线复杂、环境污染、转化率和选择性无法同时兼得等问题。本发明涉及一种用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛的Ag/TiO2光催化剂的制备和应用，该催化剂以AgNO3为金属前驱体，葡萄糖为还原剂，锐钛矿二氧化钛为载体，原料廉价易得，制备方法简单易行，用于光催化氧化苯乙烯选择性合成苯甲醛反应中，能够同时获得较高的苯乙烯转化率和苯甲醛选择性，苯乙烯的转化率为77.0%，苯甲醛的选择性为88.3%，并且反应过程中常温常压，条件温和，能耗低，环境友好。环境友好。


技术研发人员：郝剑敏 刘芳羲 李强 李雪健 王莉莉
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/27