[发明专利]一种沸石基负载型仿酶催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工催化剂技术领域，具体涉及一种沸石负载型仿酶催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

沸石分子筛是一类具有规则孔道结构结晶态的硅铝酸盐，可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等，一般可以分为天然沸石和合成沸石两种。其中，一般常见的沸石分子筛有ZSM-5型沸石、Beta沸石、丝光沸石、镁碱沸石、Y型沸石等等，不同的沸石具有不同的结构特点，因此具有不同的应用。

Y型分子筛是一种工业应用非常广泛的沸石分子筛。由于其具有规则的三维孔道排列，较高的比表面积和强的酸性，已广泛用于催化裂化、加氢裂解、烷基化、气体的吸附分离等石油石化工业，其中催化裂化过程中使用率达70%以上。本发明以Y型沸石为例，以其作为载体来合成负载型的仿酶催化剂。一般仿酶催化剂的活性组分有一些过渡金属氧化物，如V₂O₅、Fe₃O₄、CuO、TiO₂（Hui Zhao, Yuming Dong, Pingping Jiang, Guangli Wang, Jingjing Zhang. ACS Appl. Mater. Interfaces., 2015, 7, 6451−6461）等；还包括贵金属，如Au、Pt等都可作为活性组分。一般而言，仿酶催化具有多种结构，如介孔结构、石墨烯层状结构（Youhui Lin, Li Wu, Yanyan Huang, Jinsong Ren, Xiaogang Qu. Chem. Sci., 2015, 6, 1272−1276）、核壳（core-shell）结构、空心管状结构、Janus球形结构（Chang Lu, Xiangjiang Liu, Yunfeng Li, Fang Yu, Longhua Tang,Yanjie Hu, Yibin Ying. ACS Appl. Mater. Interfaces., 2015, 7, 15395−15402）等，具有不同的优势和催化性能。

近年来作为镧系稀土元素的铈受到广泛关注。一般而言，氧化铈通常为萤石立方形结构。它可以看作是由大量氧离子形成四方晶格。而每隔一个立方体，都由一个阳离子占据下一个立方体的中心。一些阴离子可能会从四面体的位置自行转移到八面体上的位置上来，在四面体上留下空缺，这就形成了弗兰克尔型缺陷。弗兰克尔型缺陷使氧化铈晶体中存在大量游离的氧，成为重要的贮氧供氧材料。而由于纳米级材料的特殊结构，使得晶体缺陷增加，提高了氧的空位数，氧的流动性更大。所以纳米级氧化铈的贮氧能力要大大高于普通氧化铈。与此同时，由于氧化铈晶格氧的移动性、铈离子的可变价性、还有Ce⁴⁺的相对稳定性，所以氧化铈在光催化、细胞色素促进剂、燃料电池等诸多方面有着广泛的应用。故本发明的活性组分以CeO₂为例，将纳米氧化铈高度负载于Y型沸石上，并用于仿酶催化应用研究。

一般来说，对于制备CeO₂/Y催化剂的方法主要包括以下两种，其一，可以使用火焰原子喷雾法或者胶体溶液燃烧法来合成纳米氧化铈颗粒，然后再负载于Y型沸石上；其二，可以选择使用浸渍焙烧的方法来合成CeO₂/Y。本发明使用硝酸铈作为铈源，Y型沸石作为载体，采用浸渍焙烧的方法来合成CeO₂/Y。将该材料作为仿酶催化剂，用来检测葡萄糖、尿酸、胆固醇等物质。这些成分与人体健康息息相关，而血清中的葡萄糖浓度测定和糖尿病的检测相关，因此本发明以测试葡萄糖检出限为例，用制备的负载型仿酶催化剂进行实验。