[发明专利]一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂载体材料技术领域，具体涉及一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料、制备方法及应用。

背景技术

纳米金属作为一类新型催化剂，具有传统的催化剂所不具备的独特结构与反应性能。它们在甲醇羰基化反应、丙烯氢甲酰化反应、双羰基化反应、Heck反应及多种反应物的选择性氢化反应和不对称氢化反应等众多反应中已经表现出了不同寻常的催化活性和选择性；其中纳米贵金属也可作为硼氢化物水解制氢的高效催化剂、质子交换膜燃料电池用优良的电极催化剂以及汽车尾气净化用催化剂。但贵金属储量稀少，价格昂贵，其作为燃料电池、石油化工、汽车尾气净化和化学工业等领域广泛使用的催化剂材料，必然成为贵金属走向工业化应用的瓶颈。如何构筑高活性、稳定、可重复使用的负载型金属纳米催化剂具有重要的现实意义。

载体不仅影响催化性能，也对催化剂的价格以及工业化生产起着决定作用，载体的选取至关重要。而Magadiite（层状硅酸盐）是一种资源丰富的层状粘土材料，工业上也已经实现规模化生产，具有资源丰富、价格低廉的优势；同时还具有良好的物理和力学性能以及良好的耐化学品性能；另外magadiite具有空旷结构，比表面积大；跟其他粘土矿物比较，magadiite可以在实验室利用廉价的二氧化硅大批量合成，纯度高，表面容易裁剪，在充当催化剂载体角色方面具有其他载体无法比拟的优势。

当前，大多数层状材料负载金属纳米催化剂的制备一般通过物理吸附作用使载体与金属纳米簇直接结合在一起，不能很好的满足工业上对催化剂的需求，主要存在以下技术问题：magadiite片层容易解离，导致分离困难；不能有效控制纳米金属在载体表面的分散性和尺寸；在催化和反复使用过程中，金属纳米粒子容易团聚和脱落，导致催化剂活性降低，寿命缩短。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料，具有高稳定性和易分离性，催化剂负载均匀，且在反复使用过程中，催化剂无脱落和团聚。

本发明的第二个目的是提供一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料在制备金属催化剂方面的应用。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料，该材料是在magadiite材料表面共价引入端基为氨基的硅烷偶联剂分子。

所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。

一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料的制备方法，包括下列步骤：

1）将Na-magadiite材料加入浓度为0.5～2mol/l的盐酸溶液中，搅拌1～5h，抽滤，用蒸馏水洗至中性，干燥后得到H-magadiite；

2）配制强氧化性溶液，温度控制在80～95℃，加入干燥的H-magadiite，氧化20～40min，抽滤，用蒸馏水洗至中性，干燥后得到氧化的magadiite；

3）将氧化后的magadiite置于甲苯中，加入硅烷偶联剂，回流10～20h，抽滤，用蒸馏水洗至中性，干燥后即得硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料。

所述强氧化性溶液中，浓硫酸与双氧水的体积比为7:3。

步骤3）中每20g氧化后的magadiite，加入1～4ml硅烷偶联剂。

一种硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料在制备金属催化剂方面的应用。

负载金属催化剂的方法是将硅烷偶联剂杂化magadiite催化剂载体材料置于金属盐溶液中，充分搅拌1～3h；加入还原剂进行还原，2～5h后停止反应，抽滤，用蒸馏水洗至中性，干燥后即得负载型催化剂。

所述金属盐为三氯化钌，氯化铂，氯化钯，氯化钴，氯化镍，氯化铜中的一种。

本发明为了提高magadiite载体材料与金属催化剂之间的界面结合强度和易分离性，以化学方法构筑magadiite杂化材料，实现杂化材料与金属纳米簇之间的化学结合，改善负载的纳米金属粒子的分散性、稳定性和分离性。

本发明将硅烷偶联剂通过共价作用和magadiite表面结合在一起作为催化剂载体材料，不仅可以发挥无机材料和有机材料复配的优势，有利于改善负载催化剂的易分离性；提高载体与纳米金属簇之间界面的结合强度，改善纳米粒子的分散性，阻止纳米粒子的团聚和脱落。