一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法技术

本发明专利技术公开了一种铜掺杂SBA‑15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法，该方法包括以下步骤：1)将Na2S2O8溶解在水中，添加TEOS搅拌，紫外光照至溶液澄澈，得到M溶液；2)将P123溶于水中，添加铜盐搅拌，得到N溶液；3)将M溶液与N溶液混合均匀，形成悬浮液后继续反应，将反应产物及母液转移至聚四氟乙烯中水热晶化，冷却后过滤、干燥，煅烧得到蓝色产物。本发明专利技术将传统的反应时间48h缩短至16‑24h，使能耗、时间较传统方法更少，效率更高，同时整个反应是在中性环境下进行，反应过程绿色，无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法
本专利技术属于无机非金属材料
，具体而言，涉及一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法。
技术介绍
SBA-15介孔分子筛由于其规则的孔道结构、极高的比表面积、较窄的孔径分布等显著特性，使其常被用于催化、吸附分离和离子交换等相关领域。但是，未经活化处理的SBA-15缺乏化学活性，在化学工业中的应用十分有限。一种活化SBA-15的简便方法是在其骨架结构中掺杂其他原子，使之具有离子交换能力、高密度的酸中心、各种催化活性。尤其是铜掺杂的SBA-15能够产生高密度的酸中心，展现出良好的催化活性，在催化领域具有较为广泛的应用前景。目前，报道有关铜掺杂SBA-15的合成方法主要包括直接合成法和后处理法。直接合成法是指在SBA-15介孔分子筛材料的合成过程中加入铜源，直接将铜离子掺杂在介孔材料孔壁内；如论文<JournalofMolecularCatalysisA:Chemical230(2005)143–150>报道了一步法制备有关铜掺杂SBA-15，该方法利用Cu(CH3COO)2·H2O和Al(NO3)3·9H2O在酸性条件(H3PO4(85％))下制备得到Cu和Al共掺杂SBA-15，该过程在60℃下反应32小时，反应釜中90℃晶化48h，总耗时80h。后处理法是指在SBA-15介孔分子筛在强酸性条件下合成以后，将铜源加入到分散均匀的SBA-15悬浮液中，再经过后续处理，制备铜掺杂SBA-15；这种方法研究较多，但是工艺步骤复杂，掺杂不均匀，导致活性中心分布不均匀；此外，掺杂的同时也形成了铜氧化物，容易堵塞介孔孔道，使得材料的比表面积降低。如论文<MolecularCatalysis445(2018)43–51>报道了后处理法制备铜掺杂SBA-15，同时形成大量CuO，使得SBA-15表面积从639m2/g降低到385m2/g，总耗时110h。总结上述方法发现现有技术存在如下缺陷：(1)不易合成单一的铜掺杂SBA-15，这是因为强酸性条件下，金属主要以阳离子形式存在，与Si很难形成Cu-O-Si键；(2)上述合成铜掺杂SBA-15的反应均是在酸性环境中进行，需对后续废液进行处理，造成成本上升，且容易造成环境污染；(3)上述方法中耗时较长，均不少于80h，存在能耗高、效率低的缺陷。通过检索国内外现有技术，尚未见到在无酸、无碱条件下，同时能耗少、时间短、效率高的铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法报道。
技术实现思路
针对现有制备铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料方法存在的各种缺陷，本专利技术的目的在于提供一种在中性环境下制备铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术人通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，该方法是在无酸、无碱条件下进行，包括如下步骤：步骤1：将Na2S2O8溶解在水中，添加正硅酸乙酯(TEOS)搅拌，紫外光照至溶液澄澈，得到M溶液；步骤2：将P123溶于水中，添加铜盐搅拌，得到N溶液；步骤3：将M溶液与N溶液混合均匀，形成蓝色悬浮液后继续反应6-15h，将反应产物及母液转移至聚四氟乙烯中水热晶化，冷却后过滤、干燥，煅烧得到蓝色的铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤1中Na2S2O8溶解在水中后的溶液质量浓度为0.07-0.35％，且Na2S2O8与正硅酸乙酯的质量比为(0.002-0.116)：1。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤1中反应是在石英管中进行，紫外灯功率为100-500W，光照时间40-60min。再进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤2中所述的铜盐为Cu(Ac)2·H2O，Cu(Ac)2·H2O的用量使其在所述N溶液中的质量浓度为0.057-1.14％。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤2中所述P123溶液质量浓度为1.7-2.5％。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，其中所采用的Cu(Ac)2·H2O与正硅酸乙酯的质量比为(0.012-0.233):1。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中将M溶液与N溶液混合均匀后形成蓝色悬浮液的时间为6-10min。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中所述反应的温度在25-40℃之间，反应的时间为8-12h。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中所述晶化的温度在80-110℃之间，晶化的时间为8-12h。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中所述产物在马弗炉中550℃煅烧6h。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中所述蓝色的铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的Si/Cu＝8.32％-203.2％。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中所述蓝色铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的铜掺杂率为40.7-49.8％。进一步优选地，本专利技术铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，步骤3中所述蓝色的铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的比表面积为662.6-812.3cm3/g。本专利技术相对于现有技术，具有如下技术效果：(1)该反应是在中性环境下进行，不需要额外添加任何酸源，从而不会产生酸性废液，反应过程绿色无污染；(2)正硅酸乙酯的水解是在紫外光照射下进行；(3)Cu(Ac)2·H2O显著催化了硅羟基物种的缩聚，加速了SBA-15的生成速率，将传统的反应时间48h缩短至16-24h，使能耗、时间较传统方法更少，合成效率更高。(4)不需要添加任何助剂(如Al(NO3)3·9H2O)，掺杂的同时避免了铜氧化物的形成，合成了单一的掺杂率为45-47％铜掺杂SBA-15；(5)首次提出光化学法合成铜掺杂的SBA-15，所得介孔分子筛材料的比表面积高达662.6-812.3cm3/g。附图说明图1为本专利技术实施例1中铜掺杂SBA-15介孔材料XRD图；图2为本专利技术实施例1中铜掺杂SBA-15介孔材料TEM图；图3为本专利技术实施例1中铜掺杂SBA-15介孔材料氮气吸附及孔径分布；图4为本专利技术实施例1中铜掺杂SBA-15介孔材料SEM图；图5为本专利技术实施例1中铜掺杂SBA-15介孔材料固体紫外吸收光谱图；图6为本专利技术实施例1中铜掺杂SBA-15介孔材料NH3-TPD化学吸附图；图7为对比例1中白色产物XRD图；图8为对比例2中白色产物XRD图；图9为对比例2中白色产物SEM图；图10为对比例3中白色产物XRD图；图11为对比例3中白色产物SEM图；图12为对比例4中白色产物XRD图；图13为对比例4中白色产物SEM图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的保护范围。另外，实施例中未注明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜掺杂SBA‑15介孔分子筛材料合成方法，其特征在于，该方法是在无酸、无碱条件下进行，包括如下步骤：步骤1：将Na2S2O8溶解在水中，添加正硅酸乙酯搅拌，紫外光照至溶液澄澈，得到M溶液；步骤2：将P123溶于水中，添加铜盐搅拌，得到N溶液；步骤3：将M溶液与N溶液混合均匀，形成蓝色悬浮液后继续反应6‑15h，将反应产物及母液转移至聚四氟乙烯中水热晶化，冷却后过滤、干燥，煅烧得到蓝色的铜掺杂SBA‑15介孔分子筛材料。

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，其特征在于，该方法是在无酸、无碱条件下进行，包括如下步骤：步骤1：将Na2S2O8溶解在水中，添加正硅酸乙酯搅拌，紫外光照至溶液澄澈，得到M溶液；步骤2：将P123溶于水中，添加铜盐搅拌，得到N溶液；步骤3：将M溶液与N溶液混合均匀，形成蓝色悬浮液后继续反应6-15h，将反应产物及母液转移至聚四氟乙烯中水热晶化，冷却后过滤、干燥，煅烧得到蓝色的铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料。2.根据权利要求1所述铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，其特征在于：步骤1中Na2S2O8溶解在水中后的溶液质量浓度为0.07-0.35％，且Na2S2O8与正硅酸乙酯的质量比为(0.002-0.116)：1。3.根据权利要求1所述铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，其特征在于：步骤2中所述的铜盐为Cu(Ac)2·H2O，Cu(Ac)2·H2O的用量使其在所述N溶液中的质量浓度为0.057-1.14％。4.根据权利要求3所述铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，其特征在于：Cu(Ac)2·H2O与正硅酸乙酯的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小林，苗康康，冯国栋，肖珍，裴霏，潘哲，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61