【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氮化硅材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氮化硅（si3n4）属六方晶系，可分为α-si3n4和β-si3n4两种晶型。si3n4具有良好的机械强度和导热性能、化学性质稳定、热膨胀系数低、硬度高及相对惰性等优点，在高温材料领域具有抗氧化、耐腐蚀以抗热震性等优越的性能，其成本相对较低，分离效率（特别是对于0.1至100μm范围内的颗粒）高且具有生物相容性，越来越受到人们的重视。si3n4广泛用于陶瓷领域，制造高性能的陶瓷制品；在电子工业中，可作为散热材料和绝缘部件；在机械制造领域，常用于耐磨部件；在冶金行业，还可用作耐火材料。除此之外，si3n4的这些优良特性使其在国防军工、半导体导热基板、生物医疗以及新技术等领域有着极高的应用价值。
2、商业氮化硅通常由低温(1200℃) α-si3n4或高温(1500℃) β-si3n4组成，通过研磨体陶瓷生产，产生低比表面积(通常小于10 m2 /g)的粉末，这可能限制催化剂的负载量和活性位点的数量。此外，纯si3n4具有表面性质有限、与催化剂的相互作用较弱等问题，使得纯氮化硅在催化反应中的可靠性得不到保障，因此，提高其可靠性一直是si3n4研究的一个重要方向。
3、目前氮化硅在催化领域一般是作为催化剂载体进行应用。cn 116273136 a公开了一种cu/氮化硅催化剂及其制备方法和在co催化氧化中的应用。cn 114433246 a公开了一种高比表面积的氮化硅载体及其制备方法，该氮化硅载体用于制备高分散的锚定于氮化硅的过渡金属催化剂，并将该催
4、基于以上背景，有必要开发一种杂元素掺杂的si3n4的制备方法，对si3n4进行改性，增加其比表面积和表面活性位点，提高其在催化反应尤其是催化乙炔选择性加氢反应中的活性与稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的第一个问题在于：克服现有应用于催化反应中的纯si3n4比表面低和表面性质有限的问题，提供一种杂元素掺杂多孔氮化硅材料的制备方法。
2、本专利技术要解决的第二个问题在于：提供一种杂元素掺杂多孔氮化硅材料，增加其比表面积和表面活性位点。
3、本专利技术要解决的第三个问题在于：提供所述杂元素掺杂多孔氮化硅材料作为催化剂在乙炔选择性加氢反应中的应用，具有高催化活性和高稳定性。
4、下面对于本专利技术采用的技术方案做具体说明。
5、第一方面，本专利技术提供了一种杂元素掺杂多孔氮化硅材料的制备方法，包括如下步骤：
6、1)将含磷前驱体、含硫前驱体、含硼前驱体、氮化硅与溶剂充分混合，搅拌均匀得到混合物；所述的含磷前驱体、含硫前驱体、含硼前驱体与氮化硅的投料比按照元素摩尔比磷:硫:硼:氮=0.1~1: 0.1~1: 0.1~1:0.5~5，此处磷的摩尔数是以含磷前驱体、含硫前驱体、含硼前驱体与氮化硅这四类物质中含有的总的磷的摩尔数计，硫、硼、氮的摩尔数也按照上述方式计算；
7、2)将步骤1)所得的混合物静置，得到凝胶状物质；
8、3)对步骤2)所得的凝胶状物质进行微波加热烘干处理；
9、4)对步骤3)烘干处理后的混合物用焦耳加热仪进行高温处理；
10、5)将步骤4)高温处理后的混合物冷却至室温，再经洗涤、烘干、研磨得到杂元素掺杂多孔氮化硅材料。
11、进一步，步骤1)所述的含磷前驱体选自羟基亚乙基二膦酸、(2-羟基乙基)苯膦酸、四苯基氯化膦、二氯磷酸乙酯、焦磷酸、甲基二苯基氧膦、偏磷酸、三苯基膦硫以及甲基三苯基氯化磷中的一种或多种。
12、进一步，步骤1)所述的含硫前驱体选自二苯基亚砜、二苯基硫脲、二硫代苯甲酸、2-噻吩甲酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠、二苯基二硫、苯并噻唑和2-氨基苯并噻唑中的一种或多种。
13、进一步，步骤1)所述的含硼前驱体选自硼酸、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、苯硼酸、对羟基苯硼酸、对甲基苯硼酸和氧化硼中的一种或多种。
14、进一步，步骤1)所述的氮化硅选自商业购买的氮化硅。
15、进一步，步骤1)所述的溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮、蔗糖水溶液、淀粉水溶液中的至少一种。
16、进一步，步骤1)中，所述氮化硅与溶剂的投料质量体积比为1-5g：5-15ml。
17、进一步，步骤1)中搅拌时间为1-3 h。
18、进一步，步骤2)所述，混合物的静置温度为室温~90℃；静置时间为0.5~3h。
19、进一步，步骤3)中，烘干温度为60~150℃，真空度为100~100000pa，烘干时间为2~20h。
20、进一步，步骤4)中，所述的高温处理的温度为300~1800℃；高温处理的时间为1~30h；高温处理的气氛为惰性气氛，具体的为氦气、氩气或者氮气。
21、进一步，步骤5)中，洗涤溶剂选自去离子水、双氧水、甲醇、乙醇、丙醇、环己醇、丁醇、丙酮、液氨或氨水。
22、进一步，步骤5)所述的烘干温度为100-120℃，烘干时间为10-15小时。
23、进一步，步骤5)所述的烘干的化合物研磨成10~200目的粉末，根据需求可进行压块，制成不同的粒径。
24、第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述制备方法制得的杂元素掺杂多孔氮化硅材料。
25、杂元素掺杂的氮化硅材料主要由多孔氮化硅材料构成，其中含有少许碳、磷、氧和硼元素的掺杂。优选所述的氮化硅材料中的氮和硅元素摩尔比为4：3。所述多孔氮化硅载体微观结构多样，根据不同的前躯体和溶剂的选择，所制备出的催化剂的微观形貌不同。
26、第三方面，本专利技术提供了第二方面所述的杂元素掺杂多孔氮化硅材料作为催化剂在乙炔选择性加氢反应中的应用。
27、所述的乙炔选择性加氢合成反应具体按照如下实施：在固定床反应器内，装入所述杂元素掺杂多孔氮化硅材料，通入原料气，所述原料气中包括氢气和乙炔，设置反应温度为150~300℃、反应压力为0.1~0.5mpa，即反应生成乙烯。
28、进一步，所述的原料气中氢气和乙炔的物质的量之比n(h2)/n(c2h2) = 0.8~1.2/1。所述的乙炔气体空速30~370h-1。
29、本专利技术所述的杂元素掺杂多孔氮化硅催化剂在上述乙炔加氢反应中具有好的反应活性，乙炔转化率最高可达92.5%以上，乙烯选择性最高可达99%以上。
30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:
31、(1)本专利技术的杂元素掺杂多孔氮化硅材料在制备过程中通过掺杂原料、si3n4和溶剂的调变，能可控调变材料的物化性质；制备过程中使用微波炉加热，节能高效，加热均匀，操作简便，条件易控，且有助于获得高纯度产物，拓展了其应用范围；制备过程中使用焦耳加热仪对材料进行高温处理，具有快速响应、可重复性高、可精准控制、清洁环保、能源利用率高和稳定性好等优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种杂元素掺杂多孔氮化硅材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的含磷前驱体选自羟基亚乙基二膦酸、(2-羟基乙基)苯膦酸、四苯基氯化膦、二氯磷酸乙酯、焦磷酸、甲基二苯基氧膦、偏磷酸、三苯基膦硫以及甲基三苯基氯化磷中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的含硫前驱体选自二苯基亚砜、二苯基硫脲、二硫代苯甲酸、2-噻吩甲酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠、二苯基二硫、苯并噻唑和2-氨基苯并噻唑中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的含硼前驱体选自硼酸、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、苯硼酸、对羟基苯硼酸、对甲基苯硼酸和氧化硼中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的溶剂A选自水、甲醇、乙醇、丙酮、蔗糖水溶液、淀粉水溶液中的至少一种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，混合物的静置温度为室温~90℃，静置时间为0.5~3h。
7.如权
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4)所述的高温处理的温度为300~1800℃；高温处理的时间为1~30h；高温处理的气氛为惰性气氛。
9.一种根据权利要求1-8之一所述制备方法制得的杂元素掺杂多孔氮化硅材料。
10.如权利要求9所述的杂元素掺杂多孔氮化硅材料作为催化剂在乙炔选择性加氢反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种杂元素掺杂多孔氮化硅材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的含磷前驱体选自羟基亚乙基二膦酸、(2-羟基乙基)苯膦酸、四苯基氯化膦、二氯磷酸乙酯、焦磷酸、甲基二苯基氧膦、偏磷酸、三苯基膦硫以及甲基三苯基氯化磷中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的含硫前驱体选自二苯基亚砜、二苯基硫脲、二硫代苯甲酸、2-噻吩甲酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠、二苯基二硫、苯并噻唑和2-氨基苯并噻唑中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的含硼前驱体选自硼酸、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、苯硼酸、对羟基苯硼酸、对甲基苯硼酸和氧化硼中的一种或多种。
5.如权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小年，沈弋，常仁芹，张鑫，岳玉学，蔡译慧，黄开鑫，张宇晨，赵佳，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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