[發明專利]一種釕負載二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710741636.5
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107617437B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 王建國;韓冰冰;包志康;周虎;劉天柱
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;C07C29/19;C07C35/08
• 代理公司: 33213 杭州浙科專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種釕負載二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子催化劑及其制備方法和應用，它以硅酸四乙酯為原料制備二氧化鈦微球；再用鈦酸異丙酯在二氧化硅微球表面包覆一層二氧化鈦和表面活性劑十六烷基胺，然后將上述產物在的氨水溶液中水熱法處理，將內部的二氧化鈦微球部分刻蝕，在外殼二氧化鈦和內部二氧化硅之間形成空腔，最后在一定溫度下焙燒，去除表面活性劑并使二氧化鈦形成具有晶型；最后通過沉積沉淀法負載不同含量的貴金屬釕，由于該材料具有特殊介孔球狀結構和較大的比表面積，對愈創木酚以及其他生物質酚類物質加氫中具有較高的轉化率和選擇性。同時該制備方法操作容易、生產工藝簡單、對設備要求低，具有較好的工業應用前景。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料技術領域，具體涉及一種釕負載二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源短缺問題，早已引起全球的重視，急需找尋可再生能源來替代，生物質是一種良好的替代品，有諸多優勢，比如相比較于石油，生物質是可持續能源，完全無毒，絕對環保。在過去的幾十年，生物質發電、燃料乙醇和生物柴油等生物質能產業在世界范圍內迅速發展，一些國家的政府還通過立法強制提高從可再生資源（尤其是生物質）中生產能源和化學品的產量。美國農業部和美國能源部設定了目標，在2030年時，從生物質中獲取的燃料和化學品的比例分別要達到總燃料和化學品產量的20%和25%。歐盟設定的目標是到2020年，可再生能源的消耗量要達到總能源消耗的20%。我國在《可再生能源中長期發展規劃中》也提出到2020年，可再生潔凈能源的消耗量要達到總能源消耗量的15%。生物質特指木質生物質，主要由纖維素，半纖維素和木質素組成。纖維素和半纖維素都是由糖單體聚合而成，而木質素則是由三種苯基丙烷單體聚合而成的不規則高聚物。木質素的降解產物極其復雜，且極易生成焦炭，導致利用率不高，目前為止，對木質素的利用主要集中在燃燒供熱。基于生物質酚類化合物加氫的催化劑也得到了廣泛的研究，但普通需要較高的反應溫度（>200℃）和氫氣壓強（>4MPa）。二氧化鈦具有成本低、化學穩定性高、氧化活性高等諸多優點，被廣泛應用于光電催化、催化加氫和吸附等方面，因此是備受關注的綠色環保型功能材料，其比表面積、晶型及形貌對性能影響很大。

發明內容

針對上述現有技術不足，本發明目的在于提供一種釕負載二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子催化劑及其制備方法和應用。它以水為反應溶劑，對木質素的模型化合物愈創木酚綠色催化，制備環烷烴或環烷基醇類物質，所得產物可以作為燃料添加劑或醫藥化工中間體被廣泛使用，提高可再生能源的利用率，緩解能源危機和日益重視的環境污染問題。

所述的一種釕負載二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子催化劑，其特征在于以二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子為載體，貴金屬釕負載在該載體上，二氧化鈦外殼具有介孔結構，二氧化鈦外殼和內部二氧化硅納米粒子之間具有空腔結構。

所述的釕負載二氧化鈦空心球內嵌二氧化硅納米粒子催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

1）SiO₂微球的制備：將氨水、去離子水和無水乙醇投放到容器中，攪拌混合均勻得到混合溶液，然后向混合溶液中加入硅酸四乙酯25-30℃持續攪拌反應1～5小時，反應結束后過濾，濾餅分別用水和乙醇洗滌三次，在40～80℃下干燥6～12小時得到白色物質SiO₂微球；

2）二氧化鈦包覆二氧化硅微球的制備：將步驟1）制得的SiO₂微球超聲分散到無水乙醇溶劑中，得到SiO₂微球的懸浮液，在該懸浮液中加入十六烷基胺和氨水攪拌混合均勻得溶液，再向溶液中加入鈦酸四異丙酯持續攪拌反應2～4小時，反應結束后停止攪拌并陳化6～20小時；過濾，濾餅用去離子水洗滌，之后于40～80℃下干燥6～12小時得固體粉末二氧化鈦包覆二氧化硅微球；