[发明专利]一种介孔氧化锆的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化材料合成技术领域，涉及一种介孔氧化锆(ZrO₂)的制备方法。

背景技术

目前石油催化领域的催化剂材料普遍要求具有优异的催化能力和稳定的物理化学性能，特别中需要具有很高的化学稳定性。对于石油催化裂解等应用的领域，一般的催化剂使用环境都是在300～500℃左右。二氧化锆(ZrO₂)具有极高的化学稳定性和热稳定性，在常温下不溶于任何酸或碱，而其表面不同位置可表现出两种截然不同的酸性中心和碱性中心。这些独特的物理和化学性能优势使得ZrO₂成为一种非常理想的催化剂，同时ZrO₂也是催化活性中心非常好的载体，这使得制备ZrO₂和以其为基体的催化剂成为当今催化和材料研究领域的热点。

介孔材料具有规则的内部孔道结构，且其孔道的直径仅为2～50nm，十分适合作为催化裂解用的催化剂或其载体。同时这类材料具有很高的比表面积(可达1000m²/g以上)，所以，如果能将ZrO₂制备成具有介孔结构的材料，则可以大大提高催化剂与被催化物质的接触机会，从而能大大提高催化的效率。同样，如果将催化活性中心负载到介孔ZrO₂上，将同样能大大提高活性中心的接触机会，从而能够提高催化剂的使用效率。

文献和已有的专利对制备介孔ZrO₂的报道已不少，如Konishi等[Chemistry of Materials 20(2008)2165]以PEO为模板，以锆无机盐为原料采用溶胶-凝胶与溶剂热法结合的方法制备了比表面积为200m²/g的ZrO₂介孔和大孔材料，通过改变PEO的加入量即可达到控制孔径和孔结构的目的。Rezaei等人[Materials Letters 61(2007)2628]则以三嵌段的P123有机大分子为模板剂制备了具有高热稳定性的介孔ZrO₂材料，在700℃煅烧4小时后产物的比表面积仍然保持在170m²/g以上。他们还发现所得的介孔ZrO₂非常适合于作为Ni催化剂的载体，可以用作以CO₂为原料生产CH₄的催化剂。Chen等[TheJournal of Physical Chemistry B 110(2006)11761]报道的以硫酸锆为原料，CTMA为模板剂制备了ZrO₂介孔材料，他们的研究表面前驱体的焙烧升温速率最好是保持在2℃/min以下才能得到没有烧结的多孔ZrO₂材料，产物中还存在有不少量的SO₄^2-，说明产物正好可以作为固体超强酸做催化剂使用，而且产物的比表面积也高达200m²/g以上。

但是综上所述，制备ZrO₂介孔材料的方法一般都是采用溶胶-凝胶与模板辅助水热法相结合来的方法，但是所使用的模板剂一般都是单阳离子基团的有机胺(CTAB等)或中性表面表面活性剂(如P123)，迄今还没有关于使用含有两个或多个阳离子基团的双子星型阳离子表面活性剂分子(Gemini)为模板的制备介孔ZrO₂的报道。虽然这一大类有机物是较好的制备介孔材料的的模板剂[Science 268(1995)1324]。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制备介孔ZrO₂方法，使得所制备的介孔ZrO₂的具有较大的比表面积，材料的孔径可根据需要进行调节，适合于作为催化剂或作为催化剂的高效载体。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种制备介孔ZrO₂的方法，先用水溶解模板剂和锆盐并搅拌；再将NaOH溶液滴入，并继续搅拌，陈化，获得悬浊液；将所获得的悬浊液转移到反应釜中并在100～140℃，温度下热处理后取出；将反应釜内的沉淀物用水和热乙醇清洗，干燥，焙烧，得到具有介孔结构的ZrO₂粉体；所述的模板剂为：

{[(CH₃)₃NCH₂]CHCH₂O}_n·Br_n，n＝3～5(缩写为G1)、