[发明专利]一种强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化剂技术领域，特别是涉及一种强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂及其制备方法。

技术背景

苯酚羟化反应的产物邻苯二酚和对苯二酚是重要的精细化工产品。目前，用于苯酚羟化反应的催化剂包括分子筛、杂多酸、金属氧化物和类水滑石等。分子筛类催化剂选择性好，但是合成工艺复杂，成本较高。杂多酸适于均相反应，虽具有较高的转化率，但是选择性差，严重腐蚀设备，分离回收困难，而且会对环境造成很大污染。金属氧化物类虽然制备工艺简单，但是影响因素较多，催化性能变化较大。类水滑石类催化剂虽然具有制备工艺简单、成本低、适于多相催化反应、可重复使用以及选择性高等优点，但是同样存在分离回收困难的问题。

2009年，史丰炜等(CuMgAl类水滑石负载VO₃^-，MoO₄^2-和WO₄^2-催化剂的微波合成及其催化苯酚羟化活性.催化学报，2009，30，201-206)采用微波晶化法合成了三元CuMgAl类水滑石化合物前体，进一步采用共沉淀微波晶化法制备了负载VO₃^-、MoO₄^2-和WO₄^2-的类水滑石催化剂，文章探讨了催化剂的苯酚羟化反应活性，但却没有提及催化剂的回收与再利用问题。专利CN1453068，先采用溶胶-凝胶法在磁核外表面包覆一层具有高比表面积的载体，形成带磁性核的载体，然后利用浸渍法将强酸固体酸分散到磁性载体表面，得到一种双壳式结构的固体酸催化剂。虽然该双壳式固体酸催化剂同时具备了磁性和高的酸催化反应活性，但是其制备步骤繁琐，合成周期长，且成本较高。

迄今，尚未有关于用简单的合成方法制备一种既具有催化活性，又能实现方便回收再利用的苯酚羟化催化剂的报道。因而，本专利拟以铜基水滑石为催化剂，其中铜为主要活性组分，以Fe₃O₄磁性纳米粒子为核载体，用一步共沉淀法制备一种强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂，用于苯酚羟化反应，为精细化工中间体或环境废水处理提供新材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂及其制备方法。该磁性纳米催化剂生产工艺简单，成本低廉，在反应结束后通过外加磁场可方便的富集回收再利用。

本发明所提供的强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂是由CuM²⁺Al水滑石(LDH)壳(其中M²⁺可以是Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺中的任意一种)和Fe₃O₄磁性纳米粒子核组成。该催化剂适用于苯酚羟化反应，也可以应用到含酚废水的处理上，反应结束后可通过外加磁场方便的富集回收再利用。

本发明所述的强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂，是一种集磁性和催化性能于一体的纳米复合材料，其组成质量百分比为：

Fe₃O₄磁性纳米粒子        60％～80％

CuM²⁺Al-LDH              20％～40％

这种核壳结构磁性纳米催化剂的粒子尺寸为500～540nm；比饱和磁化强度σ_s为40.2～60.7emu/g，苯酚转化率为38.28～55.47％。

本发明采用溶剂热法预先制备出粒径可控且分布均匀的Fe₃O₄磁性纳米粒子，然后通过共沉淀自组装在其表面包覆无机阴离子插层CuM²⁺Al水滑石(其中M²⁺可以是Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺中的任意一种)，得到一种强磁性核壳结构纳米铜基水滑石催化剂。

具体制备过程为：

(1)磁性物质的制备