[發(fā)明專利]一種一鍋制備三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳催化劑的方法

有效

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111807380B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉慶;張騰飛;楊洪遠
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;C07C1/12;B01J23/755;B01J37/10;B82Y30/00;B82Y40/00;C07C9/04
• 代理公司: 青島博雅知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 37317
• 代理人: 封代臣

本發(fā)明公開了一種一鍋制備三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳催化劑的方法，屬于無機納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用軟模板劑為自組裝的模板，硅基和鎳基前驅(qū)體同時加入，一步合成三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳，克服了傳統(tǒng)的分步合成法步驟繁瑣的缺點。本發(fā)明采用一步水熱法，工藝簡單，操作簡便，制備周期短；過程無污染，所用的原料成本較低，無需特殊反應容器，適合批量化生產(chǎn)。本發(fā)明得到的堿式硅酸鎳催化劑具有高比表面積、高機械強度、高活性、高穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好和成本低廉的優(yōu)點，適用于高溫催化反應。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一鍋制備三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

鎳是國民經(jīng)濟建設的重要戰(zhàn)略物質(zhì)，其有效資源開發(fā)和綜合利用一直為各國所重視。Ni具有3d軌道以及較高的活性和經(jīng)濟性，廣泛應用于各個領(lǐng)域，比如加氫、烷基化、水蒸氣轉(zhuǎn)化、重整、甲烷化等。在催化過程中，鎳的存在形式以及催化劑的結(jié)構(gòu)對催化效果有著重要的影響。多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳/二氧化硅催化劑，其比表面積大，具有催化活性強、催化劑載容量高的特點。

硅酸鎳在電池材料、磁性物質(zhì)和催化劑載體等方面有著優(yōu)異的物理化學性質(zhì)。目前對于納米鎳鹽的研究主要集中于納米棒、納米線、納米纖維等一維領(lǐng)域，對于二維納米片自組裝成三維結(jié)構(gòu)的研究還很少。由于這類結(jié)構(gòu)的材料具有高比表面、高的穩(wěn)定性和表面滲透性的特性，而且其交錯堆疊部分可容納大量的客體分子或大尺寸的客體，使得多級結(jié)構(gòu)材料在催化劑、電池、光電材料、磁性科學等許多技術(shù)領(lǐng)域都取得了重要的進展。

硅酸鎳及其復合物的傳統(tǒng)制備是硬模板法、溶膠凝膠法以及兩步水熱法等。硬模板法反應體系不穩(wěn)定，粒徑分布不均勻，且產(chǎn)物中往往包含一定比例的模板物質(zhì)，影響物質(zhì)的純度。另外，對于硬模板法，需要焙燒或者刻蝕反應以除去模板。這既增加了實驗操作程序，同時由于硬模板不能重復使用，也造成極大的浪費。溶膠凝膠法要使用價格昂貴的金屬有機醇鹽，成本比較高。水熱自組裝技術(shù)是目前合成多維結(jié)構(gòu)中較為有效且實用的技術(shù)，廣泛應用于不同形貌納米材料中的制備，并且技術(shù)相對成熟。目前的兩步水熱法制備堿式硅酸鎳，一般需先水熱制備出一定形貌的硅基材料，焙燒去除模板劑后，再與水溶性鎳鹽反應生成硅酸鎳，步驟比較繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種一鍋制備三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳催化劑的方法，解決了現(xiàn)有方法需要經(jīng)過兩次（也可稱兩鍋）水熱反應才能制備堿式硅酸鎳的問題。

本發(fā)明方法工藝簡單，易于操作。通過本發(fā)明不但能夠得到片層極薄多級結(jié)構(gòu)納米硅酸鎳，而且其還原后納米鎳顆粒的粒徑分布非常均勻。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種一鍋制備三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳的方法，先將模板劑攪拌溶解在去離子水中，加入弱酸性物質(zhì)，得到透明液體，再加入硅源，20~60?^oC下繼續(xù)攪拌分散均勻，得到白色乳液，再加入水溶性鎳鹽，繼續(xù)攪拌分散均勻，得到綠色乳液；將綠色乳液轉(zhuǎn)移到水熱釜內(nèi)，在100~140?^oC溫度下進行一次水熱反應6~24?h，在溫度為120~200?^oC的條件下進行二次水熱處理6~48?h；反應完成后自然降溫至室溫，固液分離，洗滌，干燥，400~600?^oC空氣氣氛中焙燒2~6?h，得到三維多級結(jié)構(gòu)堿式硅酸鎳。該多級結(jié)構(gòu)的晶型與JCPDS?43-0664吻合。

進一步地，所述模板劑為P123、F127、CTAB的一種或多種。

進一步地，所述弱酸性物質(zhì)包括但不限于醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、甘醇酸中的一種。

進一步地，所述硅源包括但不限于正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸鈉中的一種。

進一步地，所述水溶性鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳或其水合物中的一種或多種的混合物。