一种钛-铝二元氧化物的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种钛

【技术实现步骤摘要】
一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及氧化物催化剂制备
，具体涉及一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]硝化反应其实就是向有机化合物分子中引入硝基基团的一种过程。其中，芳香族化合物的硝化能够产生许多有用的中间体，用于制造药物、农药、聚合物以及其他精细化学品，用途十分广泛。芳香族化合物硝化反应的基本反应机理为：芳香烃在硝化剂(如硝酸)的作用下发生亲电取代反应：硝化剂硝基的羟基(
‑
OH)经质子化后，在脱水剂的作用下，与氢结合脱去一分子的水，剩余部分则变为硝酰正离子(NO
2+
)，该中间体具有较强的亲电性，与苯环反应，最终脱去一分子的氢离子。
[0003]目前，工业上对芳香族化合物的硝化是使用混合酸(浓HNO3/浓H2SO4)或五氧化二氮对底物进行反应的。但这些方法常存在官能团耐受性差、立体选择性低、反应温度高、仪器腐蚀及环境污染等问题。一直以来，人们尝试了许多改进芳香族化合物硝化工艺的方法，例如采用微通道反应器代替常规反应器，其由特征尺寸在10～1000μm的通道组成的微通道反应系统，与常规反应器相比，具有更大的比表面积，在传质、传热、精准调控、安全性等方面表现出优于常规反应器的特点。微反应器优良的传质传热性能有效地降低了硝化反应过程中的危险性，提高了硝化产品的收率。但因其微反应尺寸很小，容易发生堵塞，对微反应器的使用和清洗造成一定的影响。
[0004]近年来，有机化合物的催化硝化反应引起了人们的广泛关注。在金属催化反应中，钯、铋、铜、银和铁等化合物对各种底物的硝化反应均表现出优异的效率。例如Liang等人采用铜离子作为催化剂，探究了其对酪氨酸的硝化作用。结果表明，随着酪氨酸自由基生成增多，铜离子可催化一氧化氮、氧气和过氧化氢的酪氨酸硝化反应，铜在酪氨酸硝化过程中具有多价作用。Togati等人采用硝酸铁和TEMPO(2,2,6,6
‑
四甲基哌啶
‑1‑
氧化物)，对不同烯烃的硝化催化做了工艺优化。结果表明，烯烃的硝化反应在硝酸铁和TEMPO的催化下，其产率基本能达到60％以上。
[0005]相较于单一金属氧化物来说，混合氧化物化学和物理性能优于单一金属氧化物，因此其合成和应用越来越受到人们的关注。其中，二氧化钛是一种重要的n型半导体金属氧化物，具有强紫外光吸收、高折射率以及独特的电子特性，广泛应用于光催化、颜料和光伏电池。与此同时，在TiO2结构中掺杂其他金属离子往往会产生混合氧化物，使其在不同领域的性能得到提高。例如，Gopal等人制备了Ti
‑
Fe
‑
O混合氧化物组成的纳米管，在光催化水电解方面表现出比TiO2对应物更好的活性，这可能是由于TiO2与氧化物晶格中的Fe2O3组分协同作用所致。目前，催化剂的合成与制备工艺有很多，但在催化剂的利用率、底物和硝基源的范围、反应条件、仪器和环境保护等方面仍有很大的提高空间。
[0006]另一方面，对良性、安全和绿色节能生产的需求不断增加，要求今天的催化剂在较低温度下具有更高的活性和选择性。刘等人采用水热法制备了Mn
‑
Ce
‑
Ti混合氧化物，发现
其对氮氧化物表现出较高的催化活性，其低温活性与许多其他单一金属氧化物或二元氧化物表现得非常相似。
[0007]因此，从反应效率、能源效率和生产成本等方面考虑，开发TiO2基混合氧化物是未来多相催化研究的一个很有前途的选择，并提供一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法及其应用，以解决上述现有存在的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法及其应用。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将固体Ti(OBu)4和固体Al(NO3)3·
9H2O分别按照两种不同的摩尔比溶于水，得到溶液A1和溶液A2；步骤2：将步骤1中的到的溶液A1和溶液A2中加入NaBH4固体，磁力搅拌一段时间，并反应一段时间后，溶液A1出现白色沉淀B1，溶液A2中出现白色沉淀B2；步骤3：离心收集白色沉淀B1和白色沉淀B2，用乙醇和蒸馏水对白色沉淀B1和白色沉淀B2洗涤，白色沉淀B1和白色沉淀B2在80℃减压干燥12h后，得到白色粉末分别标记为产物C1和产物C2，产物C1和产物C2即为钛
‑
铝二元氧化物。
[0010]所述步骤1中，固体Ti(OBu)4和固体Al(NO3)3·
9H2O的摩尔比分别为1:0和1:1，固体Ti(OBu)4和固体Al(NO3)3·
9H2O的摩尔比为1:0溶于水得到溶液A1，固体Ti(OBu)4和固体Al(NO3)3·
9H2O的摩尔比1:1溶于水得到溶液A2。
[0011]所述步骤2中的NaBH4固体的质量为0.01g，NaBH4固体中物质NaBH4的含量为0.26mmol。
[0012]所述步骤3中采用乙醇和蒸馏水分别洗涤三次。
[0013]一种钛
‑
铝二元氧化物的应用，钛
‑
铝二元氧化物在甲苯催化硝化中的应用。
[0014]本专利技术的上述技术方案至少包括以下有益效果：
[0015]1、提供了一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法，以硼氢化钠为沉淀剂，共沉淀得到钛
‑
铝二元氧化物，将得到的氧化物进一步用作甲苯硝化的催化剂，能够高效提高硝化催化反应的组分；
[0016]2、目前已有的催化剂合成方案，催化效率低，且合成造价过高，难以实现大规模生产，本专利技术技术方案造价低廉，易于实现大规模生产；
[0017]3、与目前的研究相比，本专利技术在高效催化的同时，回收利用继续催化也具有较高的效率，绿色无污染，其安全性能较高；
[0018]4、通过元素含量与价态的对比分析，确认甲苯转化率十分高效，在回收二次催化也表现出较好的催化效果。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例中扫描电镜图像和透射电镜图像，图1a为产物C1在3000倍下的扫描电镜图像，图1b为产物C2在3000倍下的扫描电镜图像，图1a
’
为产物C1在68000倍下的透射电镜图像，图1b
’
为产物C2在68000倍下的透射电镜图像；
[0020]图2为本专利技术实施例中通过AFM测试建立的三维模型，图2a为通过AFM测试建立的产物C1的三维模型，图2b为通过AFM测试建立的产物C2的三位模型；
[0021]图3为本专利技术实施例中AFM图像和高度测量，图3a为产物C1的AFM图像和高度测量，图3b为产物C2的AFM图像和高度测量；
[0022]图4为本专利技术产物C1的XPS全谱图；
[0023]图5为本专利技术产物C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛
‑
铝二元氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将固体Ti(OBu)4和固体Al(NO3)3·
9H2O分别按照两种不同的摩尔比溶于水，得到溶液A1和溶液A2；步骤2、将步骤1中得到的溶液A1和溶液A2中加入NaBH4固体，磁力搅拌一段时间，并反应一段时间后，溶液A1出现白色沉淀B1，溶液A2中出现白色沉淀B2；步骤3、离心收集白色沉淀B1和白色沉淀B2，用乙醇和蒸馏水对白色沉淀B1和白色沉淀B2洗涤，白色沉淀B1和白色沉淀B2在80℃减压干燥12h后，得到白色粉末，分别标记为产物C1和产物C2，产物C1和产物C2即为钛
‑
铝二元氧化物。2.根据权利要求1所述的钛
‑
铝二元氧化物的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，固体Ti(OBu)4和固体Al(NO3)3·

【专利技术属性】
技术研发人员：郭连峰，郭海卫，朱正权，张永成，刘凤伟，
申请(专利权)人：河南千秋化工新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：