[发明专利]一种负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料及其制备方法，特别是涉及一种稳定的负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料及其制备方法。

背景技术

催化剂在化工生产中具有重要而广泛的应用，生产化肥、农药和多种化工原料等都要使用催化剂。在化工生产、科学家实验和生命活动中，催化剂都大显身手。例如，硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气，要用以铁为主的多组分催化剂，提高反应速率。在炼油厂催化剂更是少不了，选用不同的催化剂，就可以得到不同品质的汽油和煤油。汽车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行，酿造业和制药业等都要用催化剂催化。高分子金属催化剂具有许多优良性能，如稳定性好、催化活性与选择性高和易从反应体系中分离等，因此在氢化、氧化和异构化等基本有机合成中被广泛应用。

稀土金属离子由于4f电子数目的不同以及排列方式的不同，它们具有复杂的吸收和发射跃迁方式。稀土催化剂在双烯聚合反应中具有较高的催化活性，能够制备出具有高顺式含量和高分子量的聚双烯。如《稀土催化合成橡胶文集》(科学出版社，1980)总结了氯化稀土、稀土羧酸盐和稀土磷酸盐制备高分子量高顺-1,4结构含量的聚丁二烯和聚异戊二烯的方法并详细考察了上述催化剂的制备条件和双烯的聚合条件；申请号为200710055516.6的中国专利文献公开了一种由稀土羧酸盐或稀土酸性磷/膦酸盐、烷基铝、氯化物和共轭双烯烃组成的稀土催化剂，使用该催化剂可得到顺式结构含量在96％以上及分子量分布在3.0以下的聚异戊二烯。但是，稀土羧酸盐和稀土酸性磷/膦酸盐粘度较大，不利于制备、存储和运输，限制了其在工业生产中的应用。

将稀土催化剂负载于合适的载体，保证催化剂在发挥其催化性能的同时，不仅可以提高催化剂的回收利用率，还可以提高催化剂在各种环境下的稳定性，延长催化剂的实际使用寿命。例如申请号为200910069631.8的中国专利文献公开了一种稀土锆掺杂氧化铝纳米纤维催化剂载体材料，该催化材料通过静电纺丝工艺制备，具有高比表面积，可以保证催化剂催化性能的良好发挥，同时具有良好的热稳定性。因此，通过其他纤维成型工艺制备合适的稀土催化剂负载材料也成为了我们的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料及其制备方法，采用本发明制备的负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料具有良好的水溶性，其水溶液又具有良好的稳定性，即杂化材料稳定的溶解分散在水溶液中，该水溶液是没有明显的颗粒物悬浮或沉淀的透明体系；杂化材料中的稀土离子负载量可调，稀土离子以离子键和配位键的形式稳定有效地连接到载体分子的分子链上。

本发明的一种负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料，该负载稀土离子的海藻酸钠纤维催化材料由水溶性负载稀土离子的杂化材料、海藻酸钠和交联剂组成；所述水溶性负载稀土离子的杂化材料由载体分子A、稳定剂分子B和稀土离子组成，羧基、氨基和稀土离子间通过离子键和配位键键接；所述羧基和氨基分属分子A和分子B的分子链；

所述分子A和所述分子B中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B的摩尔量之和的160％，A和B复合络合物中的羧基、氨基和羟基亲水性基团是保证复合络合物水溶性的主要因素，160％这个数值是保证复合络合物能够有水溶性的最低数值；

所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B中羧基和氨基摩尔量之和的30％；

所述分子A的相对分子量≥10000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；

所述分子B的相对分子量≤5000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；

所述水溶性负载稀土离子的杂化材料的结构通式为：

或

其中，分子链重复单元个数m≥0，n>0；

R₁、R₂和R₃官能团分别为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；