[发明专利]一种含高分散性钨的介孔材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及多相催化剂，特指一种含高分散性钨的介孔材料的制备方法以及其在燃油脱硫中的应用。

背景技术

近年来，由于汽车工业的飞速发展，世界各国对燃油的需求也越来越大，燃油中的硫化物燃烧所产生的废气带来了严重的环境问题，因此限制燃油的硫含量就显得尤为重要；氧化脱硫技术因具有较高脱硫效率，反应条件温和(常温常压条件下)，操作成本低以及工艺流程简单等特点而备受关注；目前氧化脱硫所涉及的催化剂包括有机酸，离子液体，多金属氧酸盐，金属氧化物和分子筛等。

介孔材料具有较大的比表面积，可调节的孔径和孔型，允许较大体积的分子参与反应等特性，是一种很好的催化剂载体，在这种材料的结构中引入催化活性中心，开发出负载型介孔材料催化剂，是一类优良的多相反应催化剂；这类催化剂制备方法通常有两种：(1)先合成介孔二氧化硅，再通过浸渍方法将活性中心负载上去；(2) 以季铵盐为模板剂，在合成介孔材料前加入金属无机盐合成含活性中心的介孔材料，这两种方法合成的负载型介孔材的活性中心通常分散不均匀，且催化活性中心无法有效地进入孔道内，使其在反应中不能被充分利用，影响催化活性；本发明以具有表面活性功能的阳离子和含钨的多酸阴离子匹配形成金属基离子液体作为模板剂和金属源，可实现含高分散性钨的介孔二氧化硅材料的原位可控合成，金属基离子液体阳离子的碳链长短可以调节负载型介孔二氧化硅材料的孔径和孔型，阴离子可以调变负载型介孔二氧化硅材料的催化活性中心。

发明内容

本发明在于提供一种含高分散性钨的介孔二氧化硅材料。

本发明还提供了上述含高分散性钨的介孔二氧化硅材料的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供了上述催化剂的应用，并有着优异的催化性能。

为实现上述实验目的，制备方法包括，将模板剂用乙醇溶解，加入水搅拌，随后加入硅源以及氨水进行共缩聚，搅拌一段时间后取沉淀，水洗至中性，干燥，最后进行程序升温煅烧即得含高分散性钨的介孔二氧化硅材料。

具体的制备方法，包括如下步骤：

1) 将模板剂兼钨源用乙醇溶解，加入一定量的水，搅拌均匀；模板剂和水的摩尔比为：1 : 80 ~1 : 200。

2) 向混合溶液中加入硅源及氨水，共缩聚0.5 ~ 3 h，过滤取沉淀；硅源与氨水的摩尔比为：1 : 1 ~ 1 : 5；硅源与模板剂的摩尔比为：10 : 1 ~ 60 : 1。

3) 将步骤2) 所得沉淀用水洗涤至中性，干燥。

4) 将粉体在程序升温管式炉中升温至350 ~ 850℃，保持0.5 ~ 6 h，得到含高分散性钨的介孔二氧化硅材料。

步骤1)所述的含钨源模板剂为[(n-C₈H₁₇)₃NCH₃]₂[W₂O₃(O₂)₄]。

步骤1)所述的模板剂兼钨源与乙醇的的质量与体积比为1 g : 20 ~ 100 mL。

步骤2)所述的硅源为正硅酸四乙酯。

步骤3)所述的干燥温度为80 ~ 140℃。

步骤4)所述的程序升温之前要对沉淀进行研磨，得到粉体。

步骤4)所述的程序升温速率为1 ~ 10℃/ min。

上述方法制备的一种含高分散性钨的介孔二氧化硅材料，比表面积为414 ~ 667 m²/g，具有介孔结构，孔容为0.49 ~ 0.63 cm³/g，孔径为4.44 ~ 5.99 nm，原子发射光谱检测到介孔二氧化硅材料中钨含量为3% ~ 10%，高分辨透射电镜和X射线衍射图表明钨的分散性非常好。

权利要求1 ~ 8 所述的含高分散性钨的介孔二氧化硅材料在催化氧化脱除油品中含硫化合物方面的应用，例如二苯并噻吩(DBT)的氧化反应，该反应过程可用下式表示：

本发明的含高分散性钨的介孔二氧化硅材料对脱除油品中硫化物显示出较高的催化活性，其优良活性主要归因于下列因素：

（1）含高分散性钨的介孔二氧化硅材料具有介孔结构，均一的孔径分布，较大的比表面积，这些特点首先保证了催化剂活性位点的均匀高度分散，其次保证了含硫底物与活性中心的充分接触。