一种用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法。依次包括如下步骤：将膨润土加入到八烷基三甲基溴化铵溶液中，在恒温搅拌、老化、离心分离，得到八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体；将(3?氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和四氯化锆按1：1：1(摩尔比)的量加入到乙醇中形成溶液，加入八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体，搅拌、沉淀分离，形成含锆有机配合物柱撑膨润土；含产物置于管式炉中，在通氮气的情况下，焙烧，再通入空气，最后继续通氮气，然后停止加热冷却至室温，得到氧化硅柱撑的膨润土基多孔材料负载氧化锆催化剂。留下碳和硅等元素，形成多孔材料，保留的碳质成为碳掺杂氧化锆，提高了氧化锆的催化能力。
【专利说明】
一种用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法，属于催化材料制备领域。【背景技术】
[0002]纳米材料因其独特的性能而备受瞩目，特别是氧化物纳米材料更是因为其催化效果好、光电特性优良而备受重视，由于纳米催化剂表面极大，与反应物的接触面就大，可以大大提高其催化效果。
[0003]氧化锆(Zr02)是一种耐高温、耐腐蚀的无机非金属材料，具有良好的稳定性。但是它的禁带很宽，光催化活性较低。研究报道掺杂异种金属可以改变二氧化钛的禁带宽度，从而使之在可见光区有响应，并大大提高了二氧化钛的活性。利用相同的原理，也可以减小二氧化锆的禁带宽度，提高其催化活性。
[0004]在氧化锆纳米微粒的制备方法上，利用纳米材料制备中常用的水热分解法、共沉淀法、高温喷射法、强压水解法、溶胶凝胶法以及气体前驱反应都可以制备出较好的纳米氧化锆微粒。但要制备纳米颗粒氧化锆需要更加复杂的工艺。另外，由于纳米材料本身固有的缺陷，比如易团聚等大大影响了纳米材料的应用。因此需要将其负载于载体表面以获得最佳的使用效果。
[0005]膨润土是以蒙脱石(Montmorillonite)为主要矿物的粘土岩。蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸盐矿物，由两个硅氧四面体中间夹一个铝(镁)氧(氢氧)八面体组成，属于2:1 型的三层粘土矿物。晶层间距离为0.96?2.14nm，这些纳米片层团聚在一起，形成几百纳米到几微米的粘土颗粒。膨润土有很强的阳离子交换能力，在一定的物理-化学条件下，Ca2+、 Mg2+、Na+、K+、Fe2+、CU2+等可相互交换。该材料便宜廉价，在中国的储量排世界第一，是一种比较好的载体材料。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为克服现有技术载体价格高、活性低等不足，提供一种用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法。
[0007]本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤:
[0008]1)按照每克膨润土对应0.5?0.8mmol八烷基三甲基溴化铵的量，将过20-50目筛的膨润土加入到质量百分比浓度为0.1 %?1 %的八烷基三甲基溴化铵溶液中，在60?70°C 恒温水浴中搅拌5?6h，老化12?24h，离心分离，去掉上清液，得到八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体；
[0009]2)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和四氯化锆按1:1:1 (摩尔比)的量各2? 4mol加入到20?40mL乙醇中形成溶液，在20?35°C下反应6?8h，加入八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体，搅拌2?4h、沉淀分离，反应生成的含锆有机配合物在分配作用下，插入膨润土层间，形成含锆有机配合物柱撑膨润土；
[0010]3)将含锆有机配合物柱撑膨润土置于管式炉中，在通氮气的情况下，400?550°C 焙烧1?2h，再将氮气换为空气持续10?40s，之后继续通入氮气3?4h，然后停止加热冷却至室温，其中的部分碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法。
[0011]本发明的优点是:
[0012](1)将锆离子和有机物形成配合物，再利用有机膨润土对有机物的吸附效应，将锆元素均匀分布于膨润土层间。
[0013](2)将含硅有机物和锆原子配合，插入膨润土层间，再经过高温煅烧，去除部分碳元素，留下碳和硅等元素，形成多孔材料，保留的碳质成为碳掺杂氧化锆，提高了氧化锆的催化能力。
[0014](3)利用膨润土层状结构，在膨润土层间插入硅元素，经过煅烧之后，硅元素形成氧化硅和负载的氧化锆一起形成柱撑，使整个结构为三维立体孔道结构。【具体实施方式】
[0015]以下进一步提供本发明的3个实施例:
[0016]实施例1[〇〇17] 按照每克膨润土对应0.8mmol八烷基三甲基溴化铵的量，将过50目筛的膨润土加入到质量百分比浓度为1 %的八烷基三甲基溴化铵溶液中，在70 °C恒温水浴中搅拌6h，老化 24h，离心分离，去掉上清液，得到八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体;将(3-氨基丙基) 三乙氧基硅烷、水杨醛和四氯化锆按1:1:1 (摩尔比)的量各4mo 1加入到40mL乙醇中形成溶液，在35°C下反应8h，加入八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体，搅拌4h、沉淀分离，反应生成的含锆有机配合物在分配作用下，插入膨润土层间，形成含锆有机配合物柱撑膨润土； 将含锆有机配合物柱撑膨润土置于管式炉中，在通氮气的情况下，400°C焙烧2h，再将氮气换为空气持续l〇s，之后继续通入氮气3h，然后停止加热冷却至室温，其中的部分碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法。
[0018]采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的膨润土基多孔材料负载氧化错催化剂放置管中，调节空气的流速为2 5 m L / m i n，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为60001T1。在30°C条件下，该催化剂降解浓度为300ppm的甲醛气体，降解率为78%。
[0019]实施例2
[0020]按照每克膨润土对应0.5mmol八烷基三甲基溴化铵的量，将过20目筛的膨润土加入到质量百分比浓度为〇.1 %的八烷基三甲基溴化铵溶液中，在60°C恒温水浴中搅拌5h，老化12h，离心分离，去掉上清液，得到八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体;将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和四氯化锆按1:1:1 (摩尔比)的量各2mo 1加入到20mL乙醇中形成溶液，在20°C下反应6h，加入八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体，搅拌2h、沉淀分离，反应生成的含锆有机配合物在分配作用下，插入膨润土层间，形成含锆有机配合物柱撑膨润土;将含锆有机配合物柱撑膨润土置于管式炉中，在通氮气的情况下，550°C焙烧lh，再将氮气换为空气持续40s，之后继续通入氮气4h，然后停止加热冷却至室温，其中的部分碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法。
[0021]采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量lOOmg合成得到的膨润土基多孔材料负载氧化错催化剂放置管中，调节空气的流速为2 5 m L / m i n，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为60001T1。在30°C条件下，该催化剂降解浓度为300ppm的甲醛气体，降解率为82%。[〇〇22] 实施例3[〇〇23] 按照每克膨润土对应0.6mmol八烷基三甲基溴化铵的量，将过30目筛的膨润土加入到质量百分比浓度为1 %的八烷基三甲基溴化铵溶液中，在70 °C恒温水浴中搅拌6h，老化 24h，离心分离，去掉上清液，得到八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体;将(3-氨基丙基) 三乙氧基硅烷、水杨醛和四氯化锆按1:1:1 (摩尔比)的量各3mo 1加入到30mL乙醇中形成溶液，在35°C下反应8h，加入八烷基三甲基溴化铵改性的膨润土固体，搅拌3h、沉淀分离，反应生成的含锆有机配合物在分配作用下，插入膨润土层间，形成含锆有机配合物柱撑膨润土； 将含锆有机配合物柱撑膨润土置于管式炉中，在通氮气的情况下，500°C焙烧2h，再将氮气换为空气持续30s，之后继续通入氮气4h，然后停止加热冷却至室温，其中的部分碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法。 [〇〇24]采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量lOOmg合成得到的膨润土基多孔材料负载氧化错催化剂放置管中，调节空气的流速为2 5 m L / m i n，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为60001T1。在30°C条件下，该催化剂降解浓度为300ppm的甲醛气体，降解率为85%。
【主权项】
1.一种用于处理废气的负载型氧化锆催化剂的制备方法，其特征是依次包括如下步 骤:1)按照每克膨润土对应0.5?0.8mmol八烷基三甲基溴化铵的量，将过20-50目筛的膨 润土加入到质量百分比浓度为0.1 %?1 %的八烷基三甲基溴化铵溶液中，在60?70°C恒温 水浴中搅拌5?6h，老化12?24h，离心分离，去掉上清液，得到八烷基三甲基溴化铵改性的 膨润土固体；2)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和四氯化锆按1:1:1 (摩尔比)的量各2?4mo 1 加入到20?40mL乙醇中形成溶液，在20?35 °C下反应6?8h，加入八烷基三甲基溴化铵改性 的膨润土固体，搅拌2?4h、沉淀分离，反应生成的含锆有机配合物在分配作用下，插入膨润 土层间，形成含锆有机配合物柱撑膨润土；3)将含锆有机配合物柱撑膨润土置于管式炉中，在通氮气的情况下，400?550°C焙烧1 ?2h，再将氮气换为空气持续10?40s，之后继续通入氮气3?4h，然后停止加热冷却至室 温，其中的部分碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到氧化硅柱撑的膨润土基多孔材 料负载氧化锆催化剂。
【文档编号】B01J23/10GK106076310SQ201610410118
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】刘青, 马建锋
【申请人】常州大学