具体实施方式

以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开提供一种氧化环酮的方法，该方法包括：使环酮和含氧气体在催化剂的存在下进行接触反应，其中，所述催化剂为改性氮化碳，所述改性氮化碳为氮化碳经过乙二胺溶液水热处理改性得到，具体通过包括如下步骤的制备方法制备得到：

a、将尿素加入到石英反应器内密封，然后在400～800℃下反应1～12h，冷却后得到氮化碳；

b、将步骤a得到的氮化碳在乙二胺溶液中进行水热处理，然后干燥得到改性氮化碳。

根据本公开，步骤b中，乙二胺溶液可以是任何重量百分浓度的乙二胺溶液，进一步地，乙二胺的重量百分浓度为0.1～20％，优选为2～10％；温度为120～300℃，优选为150～250℃；时间为0.1～24h，优选为3～18h。

根据本公开，干燥是本领域的常见技术手段，经过乙二胺处理的氮化碳材料可以在温度为60～200℃，优选为80～180℃；时间为1～12h，优选为2～10h的条件下进行干燥。

根据本公开，所述氮化碳的颗粒平均尺寸大小可以为10～1000nm，优选为50～500nm。本公开中，所述“颗粒尺寸”，指颗粒的最大三维长度，即，颗粒上距离最大的两点之间所对应的距离。发明人还意外地发现，当所述催化剂中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占所述氮化碳的总重量的比例为2～30％，优选为5～20％时，具有更好的催化环酮氧化的性能。本公开的改性纳米碳基材料具有适宜的颗粒尺寸和优异的催化性能，特别适用于环酮等的催化氧化。

根据本公开，所述环酮可以为环己酮、环戊酮、甲基环戊酮、甲基环己酮、卤代环戊酮或卤代环己酮；所述含氧气体可以为空气或氧气，这时，所述环酮与所述含氧气体中的氧气的摩尔比为1：(2～20)，优选为1：(4～10)。

本公开的氧化环酮方法可以在各种常规催化反应器中进行，例如可以在聚四氟乙烯反应釜或三口烧瓶中进行，或者在合适的其它反应器例如固定床、移动床、悬浮床等中进行。而且，所述反应过程的压力没有特别的限制，可为体系的自生压力，也可以在额外施加的压力条件下进行，优选地，所述反应过程在自生压力下进行(通常在密闭容器中进行)。反应后收集固体产物的方法可以采用常规方法进行，例如过滤、离心分离等。

在本公开的一种可选的实施方式中，所述反应在浆态床反应器中进行。这时，所述催化剂的用量可以根据环酮和含氧气体的用量进行适当的选择，例如，以10mL所述环酮为基准，所述催化剂的用量为2～500mg，优选为5～200mg。

在本公开的一种可选的实施方式中，所述反应在固定床反应器中进行。这时，所述环酮的重时空速为0.1～100h^-1，优选为0.2～50h^-1。

根据本公开，为了提高反应物料间的混合程度，该方法还可以包括：所述反应在溶剂的存在下进行。所述第三溶剂可以为各种既能够溶解环酮和过氧化物或促进二者混合，又能够促进目标产物溶解的液体物质。一般地，所述溶剂为水、C1-C6的醇、C3-C8的酮或C2-C6的腈，或者它们中的两种或三种的组合。优选地，所述溶剂选自水和/或甲醇。所述溶剂的用量可以根据环酮和含氧气体的用量进行适当的选择，例如，所述环酮与所述溶剂的重量比可以为1：(0.1～10)。

根据本公开，该方法还包括：所述反应在引发剂的存在下进行；所述引发剂为叔丁基过氧化氢、异丙苯基过氧化氢、乙苯过氧化氢、过氧乙酸或过氧丙酸，或者它们中的两种或三种的组合。所述引发剂的用量可以根据环烯烃和氧化剂的用量进行适当的选择，例如，以10mL所述环酮为基准，所述引发剂的用量为0.05～0.3mL。

根据本公开，所述反应的条件可以为：温度为60～150℃，优选为80～120℃；压力为0.01～5MPa，优选为0.2～2MPa。为了使得反应更为充分，优选情况下，所述反应在搅拌的条件下进行。

本公开将改性氮化碳作为催化剂催化环酮的氧化反应，能够在温和的条件下实现对环酮的氧化，原料转化率和目标产物选择性较高，在现有的工业设备上容易实现，具有工业化的前景。

以下结合实施例详细说明本公开，但并不因此限制本公开的范围。

其他试剂均为市售的分析纯试剂，压力均以表压计。

制备实施例1～5用于说明本公开采用的改性氮化碳的制备方法。

制备实施例中，氮化碳的平均颗粒尺寸(粒径)采用FEI公司的TECNAIG²F20(200kv)型透射电子显微镜进行测定，测试条件为：加速电压20kV，采用悬浮法制样，将样品放入2mL玻璃瓶，用无水乙醇分散，振荡均匀，用滴管取一滴，滴在直径3mm样品网上，待干燥后，放在进样器中，然后插入电镜进行观察，随机取100个氮化碳颗粒进行颗粒尺寸统计。

氮化碳中颗粒尺寸在3～20nm的颗粒占比采用济南博纳生物科技有限公司的膜分离装置(型号BONA-GM-05)，分离出在20～100nm范围内的颗粒，进而根据分离出颗粒尺寸在20～100nm范围内的颗粒重量和氮化碳总质量，算出颗粒尺寸在20～100nm范围内的颗粒重量占氧化碳总质量的比。

制备实施例1

将50g尿素放置于坩埚中，加盖密封，放置于450℃的马弗炉中焙烧8h，冷却后得到氮化碳，然后将前述氮化碳加入足量的重量百分浓度为2％的乙二胺水溶液中(足量是指乙二胺水溶液完全浸没氮化碳，下同)，在200℃下进行水热处理12h，然后在120℃下进行干燥6h得到改性氮化碳颗粒A1。检测其平均粒径为380nm，其中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占氮化碳的总重量的比例为12％。

制备实施例2

将40g尿素放置于坩埚中，加盖密封，放置于550℃的马弗炉中焙烧5h，冷却后得到氮化碳，然后将前述氮化碳加入足量的重量百分浓度为10％的乙二胺水溶液中，在150℃下进行水热处理12h，然后在100℃下进行干燥6h得到改性氮化碳颗粒A2。检测其平均粒径为190nm，其中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占氮化碳的总重量的比例为19％。

制备实施例3

将60g尿素放置于坩埚中，加盖密封，放置于650℃的马弗炉中焙烧2h，冷却后得到氮化碳，然后将前述氮化碳加入足量的重量百分浓度为0.5％的乙二胺水溶液中，在280℃下进行水热处理6h，然后在150℃下进行干燥6h得到改性氮化碳颗粒A3。检测其平均粒径为520nm，其中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占氮化碳的总重量的比例为4％。

制备实施例4

将20g尿素放置于坩埚中，加盖密封，放置于400℃的马弗炉中焙烧6h，冷却后得到氮化碳，然后将前述氮化碳加入足量的重量百分浓度为8％的乙二胺水溶液中，在150℃下进行水热处理18h，然后在120℃下进行干燥4h得到改性氮化碳颗粒A4。检测其平均粒径为90nm，其中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占氮化碳的总重量的比例为25％。

制备实施例5

将100g尿素放置于坩埚中，加盖密封，放置于420℃的马弗炉中焙烧4h，冷却后得到氮化碳，然后将前述氮化碳加入足量的重量百分浓度为5％的乙二胺水溶液中，在100℃下进行水热处理24h，然后在120℃下进行干燥6h得到改性氮化碳颗粒A5。检测其平均粒径为80nm，其中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占氮化碳的总重量的比例为6％。

对比实施例1

将50g尿素放置于坩埚中，加盖密封，放置于450℃的马弗炉中焙烧8h，得到氮化碳颗粒A。检测其平均粒径为400nm，其中颗粒尺寸在20～100nm的氮化碳的重量占氮化碳的总重量的比例为3％。

实施例1～11用于说明本公开的催化氧化环酮的方法。

以下实施例和对比例中，采用气相色谱(GC：Agilent，7890A)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS：Thermo Fisher Trace ISQ)分析氧化产物。气相色谱的条件：氮气载气，在140K程序升温度：60℃，1分钟，15℃/分钟，180℃，15分钟；分流比，10：1；进样口温度，300℃；检测器温度，300℃。在此基础上分别采用以下公式来计算原料转化率和目标产物选择性：

环酮转化率％＝(反应前加入的环酮的摩尔量-反应后剩余的环酮的摩尔量)/反应前加入的环酮的摩尔量×100％；

目标产物选择性％＝(反应后生成的目标产物的摩尔量)/反应前加入的环酮的摩尔量×100％。

过氧化物有效利用率％＝反应后生成的目标产物的摩尔量/参与反应的过氧化物的摩尔量×100％。

实施例1

将80ml环己酮和0.25g改性氮化碳A1加入到250ml高压反应釜中，形成反应物料后密封，然后通入氧气(氧气与环己酮摩尔比为5：1)，在120℃、2.0MPa下搅拌该混合物4h后，离心和过滤分离催化剂。分析氧化产物结果列于表1。

实施例2～5

按照实施例1的方法催化氧化环己酮，不同的是，分别采用相同用量的改性氮化碳A2～A5替换A1。分析氧化产物结果列于表1。

实施例6

将80ml环己酮和0.5g改性氮化碳A1加入到250ml高压反应釜中，形成反应物料后密封，然后通入氧气(氧气与环己酮摩尔比为5：1)，在70℃、0.1MPa下搅拌该混合物6h后，离心和过滤分离催化剂。分析氧化产物结果列于表1。

实施例7

将120ml环己酮和0.25g改性氮化碳A1加入到250ml高压反应釜中，形成反应物料后密封，然后通入氧气(氧气与环己酮摩尔比为5：1)，在130℃、3.0MPa下搅拌该混合物2h后，离心和过滤分离催化剂。分析氧化产物结果列于表1。

实施例8

将80ml环己酮和1.5g改性氮化碳A1加入到250ml高压反应釜中，形成反应物料后密封，然后通入氧气(氧气与环己酮摩尔比为3：1)，在120℃、2.0MPa下搅拌该混合物4h后，离心和过滤分离催化剂。分析氧化产物结果列于表1。

实施例9

将环己酮从传统固定床反应器顶部的进料口，氧气从固定床反应器底部的进料口送入反应区中与作为催化剂的改性氮化碳A1接触，其中，环己酮与氧气的摩尔比为1：4，反应温度为90℃，压力为0.8MPa，环己酮的重时空速为2.0h^-1。将反应进行到2小时得到的反应混合物进行气相色谱分析，结果在表1中列出。

实施例10

将环己酮和作为溶剂的甲醇混合，形成液体混合物。然后，将该液体混合物从固定床反应器顶部的进料口，氧气从固定床反应器底部的进料口送入反应区中与作为催化剂的改性氮化碳A1接触，其中，环己酮与氧气的摩尔比为1：4，环已酮与甲醇的重量比为1：4；反应温度为30℃，压力为0.8MPa，环己酮的重时空速为2.0h^-1。将反应进行到2小时得到的反应混合物进行气相色谱分析，结果在表1中列出。

实施例11

将环己酮从传统固定床反应器顶部的进料口，空气从固定床反应器底部的进料口送入反应区中与作为催化剂的改性氮化碳A1接触，其中，环己酮与空气中氧气的摩尔比为1：3，反应温度为90℃，压力为1.5MPa，环己酮的重时空速为1.0h^-1。将反应进行到1小时得到的反应混合物进行气相色谱分析，结果在表1中列出。

对比例1

按照实施例1的方法催化氧化环己酮，不同的是，不加入改性氮化碳作为催化剂。分析氧化产物结果列于表1。

对比例2

按照实施例1的方法催化氧化环己酮，不同的是，加入未经改性的氮化碳A作为催化剂。分析氧化产物结果列于表1。

表1

由表1可见，采用本公开的方法能够在温和的条件下实现对环酮的氧化，原料转化率、目标产物二元羧酸选择性更高。进一步比较结果可知，采用本公开的方法制备的纳米氮碳材料颗粒尺寸具有适宜的颗粒尺寸，能够进一步提高催化剂的活性，从而促进环酮反应生成二元羧酸。

以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。