[发明专利]一种应用于液相烯烃环氧化反应的三氧化钼纳米反应器的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于液相烯烃环氧化反应的三氧化钼纳米反应器的合成方法，这种反应器具有空腔和壳层结构，其在液相烯烃环氧化反应中展现出较好的催化活性和稳定性，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

在纳米尺度上对多孔材料的结构进行多元工程化，随着纳米科学和纳米科技的飞快发展，可以通过不同的方法手段，在纳米尺度上将不同的多孔材料与其他的功能纳米材料整合在一起，从而得到具有不同纳米结构的复合型多孔功能材料。研究学者们构筑出了一些新型的多功能多孔材料，例如核-壳结构的多孔材料、中空结构的多孔材料、蛋黄-壳结构的多孔材料、三维组装的多孔材料等。多孔纳米结构功能材料在组成上是多种多样的，种类丰富，理论上，可以通过合适的手段将具有所需功能的纳米微粒与多孔材料在纳米尺度上整合，从而得到具有特定功能的多孔纳米结构功能材料。其具有多孔材料低密度，高表面积等特殊的性质，以及纳米材料在结构上独特的结构特征，这种多孔纳米结构功能材料在化学组成上是丰富多样的，在结构设计方面可根据反应原料及反应相态而变化分子构造，使其具有功能性的催化表面及反应通道，在实际应用中更是涉及到了众多研究领域。自从 2005年中科院上海硅酸盐研究所的施剑林教授首次报道介孔氧化硅的磁性核-壳结构材料后，经过十多年的发展，多孔纳米结构功能材料在种类、结构、骨架组成、设计合成方法以及功能化等方面均取得了突破性的发展，在生物医药、化学治疗、吸附分离、多相催化、传感以及能源储存与转化等研究领域中都得到了有意义的实际应用，并将在这些应用领域中继续发挥重要作用。

环氧化合物是一类用途极广的有机合成中间体或精细化学品，可以通过选择性开环或者官能团的转化，生成一系列有价值的化合物，在医药，农药，香料等精细化学品的合成上具有非常重要的意义。目前工业上合成环氧化合物的方法主要有Ag/Al₂O₃/O₂(EO)体系，氯醇法和Halcon法。Ag/Al₂O₃/O₂(EO)体系对乙烯环氧化具有高的效率，但是催化高级烯烃环氧化效果则不理想；氯醇法工艺虽然投资少，产率高，但是在生产过程中产生大量含卤污水，环境污染严重；Halcon法虽然克服氯醇法污染严重的问题，但是也存在工艺流程长，联产物多，对设备腐蚀严重等缺点。所以开发高效低污染的环氧化新催化剂是非常有意义的工作。

发明内容

本发明的目的是利用简单的热分解策略将三氧化钼活性中心引入中空介孔二氧化硅载体的壳层孔道和空腔中，构造三氧化钼纳米反应器。壳层的孔道可以使三氧化钼颗粒高度分散，中空的环境提供了一个均相反应的场所，壳层的介孔结构也有利于反应物和产物的传输。纳米反应器这种特殊的结构有利于提高烯烃环氧化的催化效果。

本发明的技术方案：一种三氧化钼纳米反应器的合成方法，步骤如下：

（1）二氧化硅球的制备：将7-10 mL质量分数为25%-28%的氨水、15-20 mL的无水乙醇和20-30 mL的去离子水在250 mL的圆底烧瓶中1000-1500 rpm磁力搅拌2-4h，混合均匀；然后加入40-60mL体积分数为9%的正硅酸四乙酯的乙醇溶液，搅拌1min后，调节磁力搅拌速度使其降到300-500 rpm，继续反应1.5-2h，最后，将所得的产物先用大量无水乙醇洗涤，再用大量去离子水充分洗涤，然后离心分离，干燥，即得二氧化硅球；

（2）中空介孔二氧化硅球的制备：将0.06-0.07g十六烷基三甲基溴化铵和85-95 mL 去离子水加入250mL圆底烧瓶中，搅拌使其充分溶解；将步骤（1）制备的0.4-0.6g二氧化硅球加入上述溶液中，搅拌30-40min，使二氧化硅球在溶液中充分混合均匀；紧接着加入5-6 mL 质量分数为3%的 Na₂CO₃水溶液，先在35℃恒温搅拌反应10-12h，再在50℃恒温搅拌反应10-12h；离心得到白色固体产物，先用大量无水乙醇洗涤，再用大量去离子水充分洗涤，离心分离，然后在烘箱中干燥，最后在马弗炉中500-600℃焙烧5-7h，除去模板剂十六烷基三甲基溴化铵，得到中空介孔二氧化硅球；