纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法，其特征是：将Fe

Preparation of nano sized Fe3O4 doped styrene two vinyl benzene copolymer hydrophobic catalyst carrier

The invention discloses a preparation method of nano sized Fe3O4 doped styrene styrene two vinyl benzene copolymer hydrophobic catalyst carrier, which is characterized by: Fe

【技术实现步骤摘要】
纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法
本专利技术属于有机高分子化合物的制备，涉及一种纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物(简称nano-Fe3O4@SDB)疏水催化剂载体的制备方法。采用本专利技术制得的纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为载体制备的Pt/nano-Fe3O4@SDB疏水催化剂，具有催化效率较高、催化剂使用寿命较长、活性组分流失减少，以及传质性能较好等优点，特别适用于重水提氚和废水除氚等方面的工程化应用。
技术介绍
随着核技术的不断成熟及核工业的迅速发展，氚作为关键的核材料，它的用量日益增大，因此，氚的辐射防护和安全越来越重要。聚变反应堆、聚变-裂变混合反应堆、以及大面积核能开发将面临着日益突出的含氚重水的处理问题，特别是由于内陆核电站建设的大力发展，更大量(如每年上万吨级)的含氚水的解决，已经构成制约内陆核电站的运行及发展的“瓶颈”。从经济和安全方面考虑，对含氚水(重水)中氚的处理都采用了氢同位素催化交换反应，传统的无机亲水催化剂，如铂/三氧化二铝(Pt/A12O3)，在应用于氢-水催化交换反应时，遇到液态水很容易造成中毒、失活等问题，而疏水催化剂可较为理想地加速氢同位素催化反应的进行，因而成为氢-水液相催化交换的关键材料。现有技术中，疏水催化剂的研究都集中在Pt/PTFE、Pt/C/PTFE和Pt/SDB等三种催化剂上。采用PTFE(即聚四氟乙烯)为载体的疏水催化剂，尚面临催化稳定性问题。Pt/SDB已成为目前重点研究与应用的种类，但现有技术的制备方法主要还存在：SDB(SDB是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的简称)疏水催化剂载体疏水稳定性差、催化活性不足、催化稳定性较差，以及催化剂粒径偏小，使用寿命短，活性组分易流失，抗压强度偏低等不足，不能达到工程化要求，物理掺杂改性是一种有效改进途径，因而十分有必要进行SDB疏水催化剂载体改性掺杂研究。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法，从而提供一种粒径大、孔结构可控、抗压强度高、疏水性优异、负载稳定的悬浮聚合法制备掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的方法。本专利技术的内容是：纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法，其特征是步骤为：a、制备纳米四氧化三铁：将去离子水100～150质量份、无水乙醇100～150质量份在反应器中混合均匀，搅拌下(恒温水浴)加热至25～40℃，取三氯化铁10～30质量份溶解于50质量份去离子水中后、再加入到反应器中，取二氯化铁4～20质量份溶解于50质量份去离子水中后、再加入到反应器中，(快速)加入质量百分比为25％的氨水3～8质量份(较好的是4～6质量份)，搅拌反应1～2h，加入硅烷偶联剂0.5～1质量份，(快速)搅拌，调节温度至40～60℃，反应1～2h后，冷却至室温，离心分离(可以400～600rmp的转速离心分离5～15min，离心转速最好为500rmp、离心时间10min)，除去清液，得到的沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤，以去除多余硅烷偶联剂、氨水、及未反应完的无机盐等杂质，再经(磁吸附)过滤，干燥，即制得纳米四氧化三铁；b、制备纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物：将去离子水200～400质量份、有机物1～6质量份、无机盐0.01～0.14质量份和十二烷基苯磺酸钠0.01～0.15质量份加入到反应容器(例如：三口烧瓶)中，搅拌下加热到40～60℃，待固体物(全部)溶解后；取0.8～1.2质量份纳米四氧化三铁加入到已混合均匀的2～10质量份苯乙烯与2～10质量份二乙烯基苯(反应单体)中，在25～40℃温度下超声混合30～40min后加入到反应容器；再将过氧化苯甲酰0.1～0.6质量份(较好的是0.1～0.15质量份)、甲苯8～16质量份、正庚烷6～13质量份、以及二氯乙烷5～12质量份加入到反应容器中，加热至温度为70～90℃(较好的是82～87℃)，搅拌下进行悬浮聚合反应，反应时间7～9h后(至硬化、老化后)，过滤，固体物即为纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物(或称：抗压磁性可回收苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物)；所述有机物可以是聚乙烯醇-1799、聚乙烯醇-2099、聚乙烯醇-2499、聚乙烯醇-2699、羟乙基纤维素、明胶、以及羧甲基纤维素钠中的任一种；所述无机盐是磷酸钙、碳酸镁、以及羟基磷酸钙中的任一种与氯化钠或无水硫酸钠的混合物；c、制备纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体(或称：抗压磁性可回收苯乙烯-二乙烯基苯共聚物催化剂载体)：将步骤b得到的固体物(固体物即纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物，或称：即抗压磁性可回收苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物)顺次用去离子水、无水乙醇洗涤，以除去没有反应的单体和有机物可溶性分散剂等杂质；再用固体物质量3～8倍质量的丙酮将固体物在索氏提取器(工业上可采用现有具有相同功能作用的设备)中抽提12～48h后、过滤，以除去甲苯和正庚烷混合致孔剂和二氯乙烷等有机杂质，形成孔结构，然后将固体物顺次用甲醇、去离子水洗涤，使孔结构得到固定；再将(提纯后的多孔小球状)固体物干燥、筛分，即制得纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体(或称：抗压磁性可回收苯乙烯-二乙烯基苯共聚物催化剂载体，抗压磁性可回收苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体)。本专利技术的内容中：所述硅烷偶联剂可以是KH570或KH550，硅烷偶联剂的生产提供企业有：可以是南京向前化工有限公司提供的牌号KH-550、南京向前化工有限公司提供的牌号KH-570、以及南京创世化工助剂有限公司提供的牌号KH-550等的硅烷偶联剂。本专利技术的内容中：步骤a中所述三氯化铁与二氯化铁质量份的用量质量比较好的是3:2。本专利技术的内容中：步骤b中所述有机物与无机盐质量份的用量质量比较好的是100:1。本专利技术的内容中：步骤a中所述加入质量百分比为25％的氨水3～8质量份,搅拌反应1～2h，是：搅拌器转速为400～600rpm(即：转/分)的条件下搅拌反应1～2h。本专利技术的内容中：步骤a中所述得到的沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤，是依次分别用去离子水、无水乙醇洗涤2～4次，每次洗涤用去离子水、无水乙醇的质量为沉淀质量的3～8倍。本专利技术的内容中：步骤b中所述搅拌下进行悬浮聚合反应是搅拌器转速为80～125rpm的条件下进行悬浮聚合反应。本专利技术的内容中：步骤c中所述固体物顺次用去离子水、无水乙醇洗涤,是固体物顺次分别用去离子水、无水乙醇洗涤2～4次，每次洗涤用去离子水、无水乙醇的质量为固体物质量的3～8倍；步骤c中所述固体物顺次用甲醇、去离子水洗涤,是固体物顺次分别用甲醇、去离子水洗涤2～4次，每次洗涤用甲醇、去离子水的质量为固体物质量的3～8倍。本专利技术的内容中：步骤a中所述干燥，即制得纳米四氧化三铁,是在温度为60～80℃、压力为0.08MPa(可以是0.08～0.1MPa)的条件下真空干燥12～24h，即制得纳米四氧化三铁；真空干燥温度较好为70℃、干燥时间为12h。本专利技术的内容中：步骤c本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法，其特征是步骤为：a、制备纳米四氧化三铁：将去离子水100～150质量份、无水乙醇100～150质量份在反应器中混合，搅拌下加热至25～40℃，取三氯化铁10～30质量份溶解于50质量份去离子水中后、再加入到反应器中，取二氯化铁4～20质量份溶解于50质量份去离子水中后、再加入到反应器中，加入质量百分比为25%的氨水3～8质量份，搅拌反应1～2h，加入硅烷偶联剂0.5～1质量份，搅拌，调节温度至40～60℃，反应1～2h后，冷却至室温，离心分离，除去清液，得到的沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤，以去除多余硅烷偶联剂、氨水、及未反应完的无机盐等杂质，再经过滤，干燥，即制得纳米四氧化三铁；b、制备纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物的粗产物：将去离子水200～400质量份、有机物1～6质量份、无机盐0.01～0.14质量份和十二烷基苯磺酸钠0.01～0.15质量份加入到反应容器中，搅拌下加热到40～60℃，待固体物溶解后；取0.8～1.2质量份纳米四氧化三铁加入到已混合均匀的2～10质量份苯乙烯与2～10质量份二乙烯基苯中，在25～40℃温度下超声30～40min后加入到反应容器；再将过氧化苯甲酰0.1～0.6质量份、甲苯8～16质量份、正庚烷6～13质量份、以及二氯乙烷5～12质量份加入到反应容器中，加热至温度为70～90℃，搅拌下进行悬浮聚合反应，反应时间7～9h后，过滤，固体物即为纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物的粗产物；所述有机物是聚乙烯醇‑1799、聚乙烯醇‑2099、聚乙烯醇‑2499、聚乙烯醇‑2699、羟乙基纤维素、明胶、以及羧甲基纤维素钠中的任一种；所述无机盐是磷酸钙、碳酸镁、以及羟基磷酸钙中的任一种与氯化钠或无水硫酸钠的混合物；c、制备纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体：将步骤b得到的固体物顺次用去离子水、无水乙醇洗涤，以除去没有反应的单体和有机物可溶性分散剂等杂质；再用固体物质量3～8倍质量的丙酮将固体物在索氏提取器中抽提12～48h后、过滤，以除去甲苯和正庚烷混合致孔剂和二氯乙烷等有机杂质，形成孔结构，然后将固体物顺次用甲醇、去离子水洗涤，使孔结构得到固定；再将固体物干燥、筛分，即制得纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯‑二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体。...

【技术特征摘要】
1.纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体的制备方法，其特征是步骤为：a、制备纳米四氧化三铁：将去离子水100～150质量份、无水乙醇100～150质量份在反应器中混合，搅拌下加热至25～40℃，取三氯化铁10～30质量份溶解于50质量份去离子水中后、再加入到反应器中，取二氯化铁4～20质量份溶解于50质量份去离子水中后、再加入到反应器中，加入质量百分比为25%的氨水3～8质量份，搅拌反应1～2h，加入硅烷偶联剂0.5～1质量份，搅拌，调节温度至40～60℃，反应1～2h后，冷却至室温，离心分离，除去清液，得到的沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤，以去除多余硅烷偶联剂、氨水、及未反应完的无机盐等杂质，再经过滤，干燥，即制得纳米四氧化三铁；b、制备纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物：将去离子水200～400质量份、有机物1～6质量份、无机盐0.01～0.14质量份和十二烷基苯磺酸钠0.01～0.15质量份加入到反应容器中，搅拌下加热到40～60℃，待固体物溶解后；取0.8～1.2质量份纳米四氧化三铁加入到已混合均匀的2～10质量份苯乙烯与2～10质量份二乙烯基苯中，在25～40℃温度下超声30～40min后加入到反应容器；再将过氧化苯甲酰0.1～0.6质量份、甲苯8～16质量份、正庚烷6～13质量份、以及二氯乙烷5～12质量份加入到反应容器中，加热至温度为70～90℃，搅拌下进行悬浮聚合反应，反应时间7～9h后，过滤，固体物即为纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粗产物；所述有机物是聚乙烯醇-1799、聚乙烯醇-2099、聚乙烯醇-2499、聚乙烯醇-2699、羟乙基纤维素、明胶、以及羧甲基纤维素钠中的任一种；所述无机盐是磷酸钙、碳酸镁、以及羟基磷酸钙中的任一种与氯化钠或无水硫酸钠的混合物；c、制备纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体：将步骤b得到的固体物顺次用去离子水、无水乙醇洗涤，以除去没有反应的单体和有机物可溶性分散剂等杂质；再用固体物质量3～8倍质量的丙酮将固体物在索氏提取器中抽提12～48h后、过滤，以除去甲苯和正庚烷混合致孔剂和二氯乙烷等有机杂质，形成孔结构，然后将固体物顺次用甲醇、去离子水洗涤，使孔结构得到固定；再将固体物干燥、筛分，即制得纳米四氧化三铁掺杂苯乙烯-二乙烯基苯共聚物疏水催化剂载体。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘才林，罗雯利，陈文姣，任先艳，杨海君，彭碧辉，亓秀娟，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51