[发明专利]剥层水滑石纳米片基复合催化剂及其制备方法

摘要

本发明提供了一种剥层水滑石纳米片基复合催化剂及其制备方法。该催化剂的制备方法是将阳离子活性组分引入水滑石层板，构筑具有层状结构的前驱体，再通过溶胀使其层板剥离至1～10层，将得到的水滑石纳米片与具有特殊表面结构或电子特征的载体进行复合，洗涤、干燥即得到M₁M₂‑ELDH/S催化剂。其中M₁代表形成水滑石结构的二价金属阳离子，M₂代表形成水滑石结构的三价金属阳离子，ELDH代表剥层水滑石纳米片，S代表载体；该催化剂的特征是活性组分种类、比例可调，层板剥离至1～10层后活性中心最大化暴露，与载体复合后能提高催化剂的稳定性和循环使用性，并因水滑石层板和具有特殊表面结构和电子特征的载体间产生相互作用进一步提高催化剂活性和选择性。

主权项

1.一种剥层水滑石纳米片基复合催化剂的制备方法，具体步骤如下：A.将可溶性M₁²⁺、M₂³⁺硝酸盐溶于去离子水中配制混合盐溶液，其中M₁²⁺、M₂³⁺离子总浓度为0.1～1mol/L，M₁²⁺与M₂³⁺摩尔比为2～4；再按照尿素与阳离子总浓度的摩尔比为3～10:1的比例，将尿素加入上述混合盐溶液中，于40～200℃下反应6～48h，过滤，用去离子水洗涤沉淀至上清液pH＝7～8，于40～60℃干燥6～12h，得到碳酸根插层的水滑石，表示为M₁M₂‑CO₃^2‑_LDHs；所述的M₁²⁺代表二价金属离子Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺或Mn²⁺中的一种或多种，M₂³⁺代表三价金属离子Al³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺或Cr³⁺中的一种；B.取上述M₁M₂‑CO₃^2‑‑LDHs，加入阴离子A^n‑盐溶液中，其中M₁M₂‑CO₃^2‑‑LDHs与阴离子A^n‑盐的质量比值为1：5～10；并用浓硝酸调节pH＝5～6，在氮气氛围下搅拌12～24h，离心过滤、并洗涤至上清液pH＝7，于60℃真空干燥：得到A^n‑阴离子插层的水滑石，表示为M₁M₂‑A^n‑‑LDHs；其化学通式为：[M₁²⁺_1‑x M₂³⁺_x(OH)₂](A^n‑)_x/n·mH₂O；A^n‑代表阴离子NO^3‑、SO₄^2‑、Cl^‑、十二烷基硫酸根或十二烷基磺酸根中的一种，x为M₂³⁺/(M₁²⁺+M₂³⁺)的摩尔比值，0.2≤x≤0.33，m为层间水分子的摩尔量，2≤m≤4.5；所述的阴离子A^n‑盐溶液是NaNO₃、Na₂SO₄、NaCl、十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠中的水溶液中的一种，其浓度为0.1～1mol/L；C.按照0.5～2g/L的固液比，将上述M₁M₂‑A^n‑‑LDHs加入溶剂中于机械搅拌或超声1～48h，制备具有丁达尔现象的M₁M₂‑ELDH胶体溶液；M₁M₂‑ELDH是M₁M₂‑A^n‑‑LDHs经剥层形成的以单一或几个片层形式存在的水滑石纳米片；所述的溶剂是甲酰胺、N,N‑二甲基甲酰胺或正丁醇中的一种；D.将载体加入阴离子表面活性剂溶液中制备固含量为0.1～1g/L的载体浆液，超声分散20～30min，使载体带负电荷并稳定分散于溶液中；所述的载体用S表示，为MgO、TiO₂、SiO₂、羟基磷灰石、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨中的一种；所述的阴离子表面活性剂溶液是十二烷基硫酸钠的水溶液，其浓度为0.25g/L；E.将上述载体浆液以1～10mL/min的速度滴加至胶体溶液中，其中胶体溶液和载体浆液中的固体质量比为1～5:1；室温老化0～12h后过滤，用去离子水洗涤沉淀数次，于40～60℃干燥12h得到M₁M₂‑ELDH/S催化剂。