[发明专利]一种可磁性分离的纳米钒复合催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物基有机无机复合材料领域，涉及一种可磁性分离的纳米钒催化材料及其制备方法。

背景技术

传统固体材料催化体系存在催化剂分离回收困难的问题，常规的机械分离方法如过滤和离心，耗时长，能耗高，分离的效率也不够理想。磁性分离是一种新型的绿色分离方法，它能够快速有效地回收催化剂，减小分离过程的能耗，降低催化剂对环境的二次污染。在现有技术中，可磁性分离催化剂的磁性载体多是在磁性无机颗粒表面直接包裹金属氧化物或二氧化硅，不耐酸碱，限制了磁性分离在硫酸工业和有机化工原料合成等领域中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可磁性分离的含钒催化材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种可磁性分离的纳米钒复合催化材料，包括超顺磁性有机无机复合微球载体和负载在该微球载体表面的纳米钒催化剂。

在本发明的一个优选实施方案中，所述超顺磁性有机无机复合微球载体包括聚苯乙烯内核和双(马来酸单脂肪醇酯)聚乙二醇酯外壳，该聚苯乙烯内核内包裹有Fe₃O₄纳米颗粒。

在本发明的一个优选实施方案中，所述聚苯乙烯内核的粒径为200~300n，所述双(马来酸单脂肪醇酯)聚乙二醇酯外壳的厚度为40~60nm，所述Fe₃O₄纳米颗粒的粒径为5~15nm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米钒催化剂为乙酰丙酮钒。

本发明的另一技术方案如下：

一种可磁性分离的纳米钒复合催化材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）化学共沉淀法制备Fe₃O₄纳米颗粒，在该Fe₃O₄纳米颗粒中加入油酸进行改性得具有超顺磁性的磁性Fe₃O₄纳米颗粒，进而将该磁性Fe₃O₄纳米颗粒洗涤至中性且接触角大于140°；

（2）将步骤（1）所得磁性Fe₃O₄纳米颗粒、苯乙烯单体、辛烷混合并超声分散得到磁流体；

（3）将可自交联的非离子型水溶性表面活性剂、步骤（2）所得的磁流体、过硫酸钾加入水中，充分混合并升温至60~65℃进行反应，得到超顺磁性有机无机复合微球载体乳液；

（4）将钒系催化剂溶液加入步骤（3）所得超顺磁性有机无机复合微球载体乳液中，搅拌，静置析出后水洗，即得所述可磁性分离的纳米钒复合催化材料。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（1）具体为：化学共沉淀法制备Fe₃O₄纳米颗粒，加入油酸改性得具有超顺磁性的粒径为5~15nm的磁性Fe₃O₄纳米颗粒，进而将该磁性Fe₃O₄纳米颗粒用乙醇洗涤2~3次至中性且接触角大于140°，其中油酸与Fe₃O₄纳米颗粒的质量比为1:1.3~2。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（2）中苯乙烯单体与辛烷体积比为6:1，所述磁性Fe₃O₄纳米颗粒的量为所述磁流体质量的5%～70%。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（3）的可自交联的非离子型水溶性表面活性剂为双(马来酸单脂肪醇酯)聚乙二醇酯。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（4）中的钒系催化剂为乙酰丙酮钒。

本发明的有益效果是：

1、本发明的可磁性分离的纳米钒复合催化材料将磁性颗粒内嵌在有机内核中，使其具有优异的耐酸耐碱性，可以应用在硫酸工业和有机化工原料合成等领域；

2、本发明将乙酰丙酮钒负载在微球载体的表面，使其具有更高的催化效率且不易团聚；

3、本发明的可磁性分离的纳米钒复合催化材料可以通过磁分离的方法从反应体系中分离回收，减小了分离过程的能耗，降低了对环境的二次污染。

附图说明

图1为本发明实施例1的可磁性分离的纳米钒复合催化材料的超顺磁性有机无机复合微球载体的透射电镜图；

图2为本发明实施例2的可磁性分离的纳米钒复合催化材料的超顺磁性有机无机复合微球载体的透射电镜图；