[发明专利]一种酸碱双功能金属/埃洛石杂化材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开一种酸碱双功能金属/埃洛石杂化材料的制备方法与应用，以具有特殊表面化学性质的埃洛石纳米管为配体，结合配位设计策略，将埃洛石纳米管与金属溶液依次进行超声、沉淀处理，有利于金属离子与埃洛石纳米管中表面结构的配位，再将其进行洗涤、干燥处理后得到金属/埃洛石杂化材料；本发明的原材料具有绿色环保、成本低廉、资源丰富的优势，本发明可以得到同时含有路易斯酸/路易斯碱位点的杂化材料，表现出高效的催化活性以及良好的稳定性，进一步提高了埃洛石纳米管的应用价值，实现了资源高值化利用。

技术领域

本发明涉及酸碱功能化材料制备技术以及催化应用领域，具体涉及一种酸碱双功能金属/埃洛石杂化材料的制备方法与应用。

背景技术

催化转化可再生的生物质及其衍生化合物制备生物燃料和高附加值化学品，对人类社会的可持续发展具有重要影响。乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛等来源于生物质的平台分子，被认为是连接生物质和可再生化学品的桥梁。基于已建立的催化体系，均相催化剂的应用已十分成熟，无机酸是其中一种可实现高收率且具有成本效益的均相催化剂，但反应物和催化剂的分离成为工业应用中的主要障碍。然而，非均相催化剂具有易于从反应介质中去除的优点，有利于产品的纯化和重复利用。因此，人们将研究重点转向大量化学改性的固体载体衍生的各种固体酸催化剂。

埃洛石纳米管是具有中空纳米管结构的天然粘土矿物。由于其生物相容性和潜在应用，人们对这类性质的材料越来越感兴趣。埃洛石纳米管具有特殊的表面化学性质，由外表面的硅氧烷基团和内腔的铝醇基团构成，其内腔和外表面的靶向化学修饰是通用的。功能化的埃洛石纳米管成为催化剂的宝贵载体，促进了具有可调特性的催化应用。在催化路径中，埃洛石纳米管的特殊管状形状有利于具有活性的负载型金属纳米颗粒的分散和表面可用性。此外，由于局部浓度和限制的增加，空腔的存在为生产具有酸碱双功能协同催化作用的材料开辟了新的可能性，且自身含有的酸性位点可以更好地充当催化材料中的活性组分。

发明内容

本发明提供一种酸碱双功能金属/埃洛石杂化材料的制备方法与应用，制备工艺简单，生产成本低，绿色高效，催化性能稳定，可实现多次重复利用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种酸碱双功能金属/埃洛石杂化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将1g埃洛石纳米管分散在10-50mL金属溶液中；

(2)将步骤(1)的混合物进行超声处理；

(3)将步骤(2)的混合物在室温下静置沉淀；

(4)将步骤(3)的混合物过滤洗涤、干燥后得到金属/埃洛石杂化材料，其结构通式为M(x)@HNTs，其中M为金属，x为溶液浓度，HNTs为埃洛石纳米管。

步骤(1)金属溶液为HfCl₄溶液、FeCl₃溶液、NiCl₂溶液中的至少一种。

步骤(1)金属溶液浓度为0.03-0.10mol/L。

步骤(2)超声处理时间为10-60min。

步骤(3)静置沉淀时间为4-12h。

步骤(4)洗涤是使用去离子水洗涤三次，再将其在80℃干燥12h。

本发明的技术方案中，埃洛石纳米管来自市售。

本发明还提供所述酸碱双功能金属/埃洛石杂化材料作为催化剂在羰基类化合物转移加氢反应中的应用，具体步骤如下：

将0.1g金属/埃洛石杂化材料、0.2g羰基类化合物和20mL异丙醇溶剂混合置于密封高压反应釜中，在140-180℃，反应1-4h，制备得到羰基类化合物转移加氢产物，将金属/埃洛石杂化材料催化剂过滤，并用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，在80℃干燥12h后回收循环利用。