[发明专利]纳米级硅基Ti、Al多相催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及双金属掺杂介孔材料SBA-15催化剂技术领域，特别公开一种纳米级硅基Ti、Al多相催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定，介孔材料是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。

按照化学组成分类，介孔材料一般可分为硅系和非硅系两大类。硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置，不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质，例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。

一般来说，介孔分子筛材料的合成方法是构成分子筛骨架的无机物种在溶剂相中，在表面活性剂的模板作用下通过超分子自组装而形成的一类有序多孔材料。最常用的合成方法为水热合成法，其他的如室温合成、微波合成、湿胶焙烧法、相转变法及在非水体系中的合成也有一些报道圈。选择无机物种的主要理论依据是sol-gel化学，即原料的水解和缩聚速度相当，且经过水热过程等处理后提高其缩聚程度。根据目标介孔材料的骨架组成，无机物种可以是直接加入的无机盐，也可以是水解后可以产生无机低聚体的有机金属氧化物，如Si(OEt)₄、Al(i-OPr)₃等。

专利CN103691477A公开了一种二元负载型TiO₂/纳米铁/SBA-15催化剂的制备方法，该方法步骤：钛酸丁酯水解缓冲液的配制；负载型TiO₂/SBA-15催化剂制备；二元负载型TiO₂/纳米铁/SBA-15催化剂的制备，即得到黑色二元负载型TiO₂/纳米铁/SBA-15催化剂，在无氧条件下密封保存。

专利CN102500407A公开了一种双金属掺杂介孔材料SBA-15的制备方法，它是将将三嵌段共聚物表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123,Aldrich)溶解于HCl溶液(2M)中，并在40℃下搅拌使之完全溶解，然后，在溶液中直接加入适量金属A的盐(硝酸盐)和金属B的盐(金属酸根盐)并搅拌，将pH值调至2.3后，加入正硅酸四乙酯(TEOS)在40℃下继续搅拌，最后装入聚四氟乙烯高压釜中，在100℃水热结晶化24h。各原料的物质的量之比：TEOS:A:B:P123:HCl:H₂O＝1:0.05:0.033:0.016:0.46:127。产物经过滤并用去离子水和无水乙醇洗涤数次，最后在空气中干燥。所得固体粉末在500℃空气中焙烧5h去除模板剂得双金属组分掺杂的SBA-15催化剂。用本方法制备了金属A为铁或铝，金属B为钼、钨或钒的双金属组分掺杂的介孔材料SBA-15。

关越鹏等人(关越鹏,张铭辉,梁敏,符进,喻鹏，Ti,Al掺杂SBA-15功能材料制备及吸附性能研究[J]，当代化工，2013(10):1359-1363.)分别以Ti-SBA-15和Al-SBA-15分子筛作主体，对应地以Al和Ti作客体，采用浸没-熔融法制备Al-Ti-SBA-15和Ti-Al-SBA-15二类6种新型纳米复合材料，以FT-IR、粉末XRD、低温N₂吸附-脱附仪分别对材料进行表征，材料具有六方圆柱形介孔结构。以20mL、Pb²⁺浓度100×10^-6的废水为探针，考察材料对重金属离子的吸附能力。实验结果表明0.0500g左右的Al-Ti-SBA-15和Ti-Al-SBA-15二类材料呈现了99.53～99.82％的金属离子吸附率，远高于载体SBA-15的吸附率78.28％，改性材料吸附性能明显提高；0.0504gAl-Ti-SBA-15(4:1)和0.0503g Ti-Al-SBA-15(1:2)分别呈现了最高离子吸附率99.78％和99.82。

上述技术均对Ti、Al掺杂的硅基多相催化剂进行了相应深度的研究，但是并未对考虑到煅烧工艺参数对介孔材料催化剂的纳米级微观结构产生的影响，进而在吸附Pb²⁺性能上产生了误判。

发明内容