一种有序介孔-大孔结构的铁基复合催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有序大孔‑介孔结构的铁基复合催化剂及其制备方法，以铁的金属盐为催化剂活性组分的原料，以目标载体的化合物作为载体的原料，柠檬酸为络合剂，聚乙二醇为分散剂，首先将上述药品在溶液中实现分子水平的均匀混合，引入十二烷基硫酸钠作为模板构建介孔结构，同时利用十二烷基硫酸钠起泡力强的特点，通过快速搅拌在溶液中产生丰满的泡沫，且泡沫洁白、细密，尺寸均一，分布均匀，并在凝胶过程中保留在胶体中作为大孔的模板，再将制得的胶体通过高温煅烧，即可制得有序大孔‑介孔结构的铁基复合催化剂。该方法采用的原料廉价，制备工艺简单，可操作性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及多孔复合催化剂制备
，具体涉及一种有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂的制备方法。
技术介绍
介孔材料由于具有独特的孔道结构和大比表面积等优点，同时，在催化反应中，活性中心往往位于微孔和介孔的孔道内部。因此，介孔材料在催化领域具有巨大的应用潜力并已被广泛应用。但是随着材料科学的飞速发展，人们逐渐意识介孔催化剂依然具有一定的缺点，比如，孔结构尺寸较小，增加了异相催化过程中的流动阻力，因而影响了分子的扩散。而解决这一问题的一个重要方法是制备具有多级孔道结构的催化剂，使得材料中既具有大孔结构，又具有与大孔相连通的介孔结构。这种多级孔道结构既能使催化剂具有较大的比表面积，又保证较高的反应物和产物分子的扩散速率，有效传输反应物种到骨架连接位，提高催化活性。尤其是对于扩散速率低的大分子反应(如高分子、生物分子)或黏性体系，可以更有效地提高催化性能。氧化铁作为一种广泛使用的绿色功能材料，其成本低廉，环境友好，且具有良好的生物相容性，可作为有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂的活性组分。有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂比表面积高、相对密度低、重量轻、组成和孔径可控、具有优异的吸附性能和可调节的孔表面性质等特点被广泛应用于催化化工及环保
早在1996年，Nakanishi在溶胶-凝胶基础上，通过相分离控制凝胶中溶剂和有机聚合物反应合成了具有大孔和介孔结构的材料。1998年，Yang等利用聚苯乙烯球模板、微模板、无机溶胶-凝胶与亲水三嵌段共聚物的自组装作用制备出具有多级孔道结构的金属氧化物材料。近年来，有研究者采用表面活性剂模板形成介孔结构，同时利用溶胶晶体或微乳、囊泡等大孔模板创建大孔结构，最后采用溶剂萃取、高温焙烧或刻蚀等方法除去模板制备出具有大孔-介孔结构的材料。以上这些方法均有一定成效，但是其制备过程复杂，工艺条件苛刻，不易控制等问题突出，从而使得其在大规模工业应用上受到较大阻碍。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出工艺简单的有序介孔-大孔结构的铁基复合催化剂的制备方法。技术方案：一种有序介孔-大孔结构的铁基复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)，将金属铁盐以及目标载体可溶性化合物溶解于去离子水中；步骤(2)，将柠檬酸与聚乙二醇混合，溶解于去离子水中；其中，金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1，柠檬酸与聚乙二醇的摩尔比为1～6:1；步骤(3)，采用磁力搅拌器对步骤(1)所得溶液进行搅拌，同时将步骤(2)所得溶液滴加到步骤(1)的溶液中；步骤(4)，将步骤(3)所得混合溶液放入水浴锅中，加热混合溶液温度至60～70℃，并剧烈搅拌20～40min，使之完全混合；步骤(5)，将十二烷基硫酸钠加入步骤(4)所得溶液中，继续搅拌溶解，待再次形成稳定溶液之后，将溶液进行80～95℃水浴并继续搅拌，最终得到高粘度产物；步骤(6)，将步骤(5)所得高粘度产物在100～120℃温度下干燥8～15h，得到固体产物；步骤(7)，将步骤(6)所得固体产物置于马弗炉中，在通风条件下，按1～10℃/min的升温速度升温至500～600℃，然后维持该温度范围2～3h后自然冷却；步骤(8)，将步骤(7)所得产物用去离子水清洗2～3遍，清洗之后在烘箱中100～120℃烘干即得到具有有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂。进一步的，所述步骤(5)中十二烷基硫酸钠的添加量为0.1～15倍的临界胶束浓度。有益效果：本方法将制作多孔结构铁基催化剂的原料在溶液中实现分子水平的精细均匀混合，使得制得的催化剂表面活性位点分布均匀；引入十二烷基硫酸钠作为软模板构建介孔结构，通过改变十二烷基硫酸钠的用量即可调节介孔尺寸。同时巧妙地利用了十二烷基硫酸钠的发泡特性，制备过程中仅通过快速搅拌，即可在溶液中产生丰富、细密、尺寸均一、分布均匀的微气泡，并在凝胶化过程中保留在胶体中作为大孔的模板。将制好的胶体通过高温煅烧法除去其中的有机物，即可得到有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂。就工艺过程和制备设备而言，本方法仅以十二烷基硫酸钠为软模板便可同时实现介孔、大孔结构的构建，合成具有有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂，其原料廉价易得，工艺方法简单，条件温和，易于控制，所需设备少，且对设备要求不高，总体制造成本较低，具有广阔的工业应用前景。附图说明图1是十二烷基硫酸钠添加量为1cmc时，所得有序大孔-介孔结构Fe2O3/Al2O3复合催化剂的电子扫描电镜图。具体实施方式一种有序介孔-大孔结构的铁基复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)，将金属铁盐以及目标载体可溶性化合物溶解于去离子水中。步骤(2)，将柠檬酸与聚乙二醇混合，溶解于去离子水中；其中，金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1，柠檬酸与聚乙二醇的摩尔比为1～6:1。步骤(3)，采用磁力搅拌器对步骤(1)所得溶液进行搅拌，同时将步骤(2)所得溶液滴加到步骤(1)的溶液中。步骤(4)，将步骤(3)所得混合溶液放入水浴锅中，加热混合溶液温度至60～70℃，并剧烈搅拌20～40min，使之完全混合。步骤(5)，将十二烷基硫酸钠加入步骤(4)所得溶液中，继续搅拌溶解，待再次形成稳定溶液之后，将溶液进行80～95℃水浴并继续搅拌，最终得到高粘度产物。十二烷基硫酸钠的添加量为0.1～15倍的临界胶束浓度。步骤(6)，将步骤(5)所得高粘度产物在100～120℃温度下干燥8～15h，得到固体产物。步骤(7)，将步骤(6)所得固体产物置于马弗炉中，在通风条件下，按1～10℃/min的升温速度升温至500～600℃，然后维持该温度范围2～3h后自然冷却。步骤(8)，将步骤(7)所得产物用去离子水清洗2～3遍，清洗之后在烘箱中100～120℃烘干即得到具有有序大孔-介孔结构的铁基复合催化剂。根据下述实施例，可以更好的理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。实施例1常温下，将12.625g九水硝酸铁和18.388g九水硝酸铝溶解于适量去离子水中，室温搅拌，得到均匀分散的溶液1。将18.55g一水柠檬酸和8.829g的聚乙二醇400溶于适量去离子水中，室温搅拌得到均匀分散溶液2。将溶液2缓慢滴加到溶液1中，滴加过程中采用磁力搅拌器不断搅拌溶液1。将混合溶液置于磁力搅拌水浴锅中，在60℃条件<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有序介孔‑大孔结构的铁基复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)，将金属铁盐以及目标载体可溶性化合物溶解于去离子水中；步骤(2)，将柠檬酸与聚乙二醇混合，溶解于去离子水中；其中，金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1，柠檬酸与聚乙二醇的摩尔比为1～6:1；步骤(3)，采用磁力搅拌器对步骤(1)所得溶液进行搅拌，同时将步骤(2)所得溶液滴加到步骤(1)的溶液中；步骤(4)，将步骤(3)所得混合溶液放入水浴锅中，加热混合溶液温度至60～70℃，并剧烈搅拌20～40min，使之完全混合；步骤(5)，将十二烷基硫酸钠加入步骤(4)所得溶液中，继续搅拌溶解，待再次形成稳定溶液之后，将溶液进行80～95℃水浴并继续搅拌，最终得到高粘度产物；步骤(6)，将步骤(5)所得高粘度产物在100～120℃温度下干燥8～15h，得到固体产物；步骤(7)，将步骤(6)所得固体产物置于马弗炉中，在通风条件下，按1～10℃/min的升温速度升温至500～600℃，然后维持该温度范围2～3h后自然冷却；步骤(8)，将步骤(7)所得产物用去离子水清洗2～3遍，清洗之后在烘箱中100～120℃烘干即得到具有有序大孔‑介孔结构的铁基复合催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种有序介孔-大孔结构的铁基复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下
步骤：
步骤(1)，将金属铁盐以及目标载体可溶性化合物溶解于去离子水中；
步骤(2)，将柠檬酸与聚乙二醇混合，溶解于去离子水中；其中，金属阳离子与柠
檬酸的摩尔比为1:1，柠檬酸与聚乙二醇的摩尔比为1～6:1；
步骤(3)，采用磁力搅拌器对步骤(1)所得溶液进行搅拌，同时将步骤(2)所得
溶液滴加到步骤(1)的溶液中；
步骤(4)，将步骤(3)所得混合溶液放入水浴锅中，加热混合溶液温度至60～70℃，
并剧烈搅拌20～40min，使之完全混合；
步骤(5)，将十二烷基硫酸钠加入步骤(4)所得溶液中，继续搅拌溶解，待再次
形成稳定溶液之...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊源泉，茹晋波，吴波，王淑慧，王金涛，冯浩，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32