[发明专利]新型Yolk‑shell结构纳米催化反应器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学催化材料领域，特别是一种Yolk-shell结构Er 改性Fe负载Pt@SiO₂纳米催化反应器的制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，石油储量不足与不断增长的能源需求矛盾日益尖锐。我国石油资源相对缺乏，煤储存资源较为丰富，通过费托合成将煤转化的CO和H2反应气在催化剂作用下转化为液体燃料可满足我国不断攀升的能源需求。催化材料的活性是提高费托合成产物产率的关键。Fe基催化剂在费托合成过程中具有对产物选择性影响低和烯烃产量较高等优点，其广泛应用于费托合成工业生产。但是费托合成的Fe基催化剂CO转化率还有待于提高，且随着费托合成的进行，Fe基催化剂活性显著降低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型Yolk-shell结构纳米催化反应器的制备方法，该制备方法包括Er改性Fe负载 Pt@SiO₂的合成组装以及Yolk-shell结构纳米催化反应器的构建， Yolk-shell结构的纳米催化反应器可为费托合成过程反应提供更为均一的反应环境，达到催化材料长期保持高活性的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型 Yolk-shell结构纳米催化反应器的制备方法，包含如下制备步骤：

步骤[1]Er改性金属铁纳米颗粒的合成；

步骤[2]Pt纳米颗粒在Er改性金属铁纳米颗粒表面的组装；

步骤[3]Er改性Fe负载Pt颗粒表面非晶二氧化硅层的合成；

步骤[4]非晶二氧化硅表面二氧化硅晶体外层的合成；

步骤[5]Er改性Fe负载Pt颗粒表面二氧化硅层的选择去除。

优选的，所述步骤[1]具体操作包括：

a1.液相反应合成：将浓度为分析纯的硝酸亚铁、邻乙基苯肼盐酸盐、硬脂酸钾和氯化铒加入去离子水中，形成反应液，机械搅拌 20-40分钟后将反应液倒入反应釜，在140-180℃下保温12-16小时。

a2.固相烧结：当反应釜冷却到室温，将产物装入马弗炉，在氮气保护下加温至350-500℃烧结3小时，所得到的颗粒粉体即为Er 改性金属铁纳米颗粒。

优选的，步骤a1中所述的反应液中硝酸亚铁浓度为170-240g/L、邻乙基苯肼盐酸盐浓度为30-80g/L、硬脂酸钾浓度为20-60g/L、氯化铒浓度为15-40g/L。

优选的，所述步骤[2]具体操作包括：

b1.组装液的配备：将分析纯的丁二酮肟、8-羟基喹啉、Er改性金属铁纳米颗粒和Pt纳米颗粒加入乙醇中形成组装液，并以超声波搅拌10-40分钟。

b2.组装过程：取500mL组装液，向该组装液中加入30-45mL 的二甲基甲酰胺，在室温下组装0.5-2小时后过滤固体相，在去离子水中清洗三次，然后干燥箱中50-70℃下干燥1-3.5小时，即完成了 Pt纳米颗粒在Er改性金属铁纳米颗粒表面的组装。

优选的，步骤b1中所述的组装液中丁二酮肟、8-羟基喹啉、Er 改性金属铁纳米颗粒和Pt纳米颗粒的浓度分别为15-50g/L、30-75g/L、 10-40g/L和5-30g/L。

优选的，所述步骤[3]具体操作为：

将分析纯的三甲基硅氧烷硅酸酯、甲基环硅氧烷和Er改性Fe负载Pt颗粒加入无水乙醇形成预备液；将分析纯的碳酸氢铵加入去离子水形成其浓度为120-170g/L的反应液，取上述预备液200-350mL 加入到500mL的碳酸氢铵反应液中，在室温下充分反应9-14小时后过滤固体相，在去离子水中充分清洗后，室温下干燥2-4小时。

优选的，步骤[3]中所述的预备液中三甲基硅氧烷硅酸酯、甲基环硅氧烷和Er改性Fe负载Pt颗粒的浓度分别为80-115mL/L、 70-160mL/L和210-350g/L。

优选的，所述步骤[4]具体操作为：

将表面已形成非晶二氧化硅层的Er改性Fe负载Pt颗粒、碳酸氢铵和硫酸铵加入去离子水，形成合成液；将浓度为分析纯的正硅酸异丙酯加入无水乙醇，形成正硅酸异丙酯浓度为150-180mL/L的混合溶液；取500mL混合溶液加入500-700mL的合成液中充分混合后，加热至40-65℃反应5-7小时，过滤固体相,在去离子水中充分清洗后，在干燥箱中40-60℃干燥1-2小时。