[发明专利]磁性介孔材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂材料及其制备工艺，特别涉及一种磁性介孔稀土路易斯酸非均相催化剂及其制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

绿色催化是实现绿色化学和改变化学化工对环境污染的内在要求，传统的均相路易斯酸和小分子催化剂有着反应条件温和、活性好和选择性高等优点。但其用量大且难以与反应体系分离和重复使用，将不可避免的增加生产成本，利用各种功能化纳米材料来固载催化剂，应用于有机合成反应中，可以很好的解决了上述问题。例如，利用高比表面的介孔材料来固载催化剂，可以使活性中心达到类似均相的效果，不仅可以保持均相催化剂的催化活性，同时利用载体的疏水性，孔道效应等，还可起到产物富集，提高活性的协同作用。最后还可以实现催化剂与反应体系的快速分离，且催化剂也可以重复使用，达到了降低生产成本的目的。但是，现有的介孔材料负载型催化剂的制造成本较高，使用稳定性亦较差，分离操作较为复杂，且分离效率较低，由此也使得催化剂损失率较高，难以满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种磁性介孔材料及其制备方法，其结构稳定，易于功能化，且修饰的活性成分在使用时流失率低，同时，其易于分离回收，易于制备，成本低，绿色环保，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的目的之二在于提供前述磁性介孔材料在制备非均相催化剂中的应用。

本发明的目的之三在于提供一种磁性介孔稀土路易斯酸非均相催化剂及其制备方法，其易于制备，且使用性能稳定，易分离回收利用，易于功能化，催化剂损失率低，可有效降低污染和成本。

为实现上述发明目的，本发明采取了如下技术方案：

一种磁性介孔材料，包括：

作为核心的磁性纳米粒子，

以及，包裹在所述核心上的介孔结构层，所述介孔结构层具有二维六方孔道结构；

并且，所述介孔结构层的厚度小于所述磁性纳米粒子的直径。

进一步的，所述磁性纳米粒子的平均粒径为300nm，所述介孔结构层的厚度为100-110nm，其中孔道的孔径为2～2.5nm。

进一步的，所述孔道的孔径为平均为2.156nm。

较为优选的，至少在构成所述介孔结构层的孔道内还分布有修饰基团，所述修饰基团包括苯基和磺酸基团。

进一步的，所述磁性纳米粒子可选用主要由四氧化三铁构成的纳米粒子，但不限于此。

进一步的，所述介孔结构层主要由无定型硅构成。

前述磁性介孔材料在制备催化剂中的应用。

一种磁性介孔稀土路易斯酸非均相催化剂，包括：

作为载体的磁性介孔材料，

以及，至少修饰在所述载体中的孔道结构内的稀土路易斯酸催化材料。

进一步的，所述催化剂的平均粒径在430-450 nm。

一种磁性介孔材料的制备方法，包括：

A．将磁性纳米粒子均匀分散在主要由水、有机溶剂和碱性物质形成的混合溶液中，且在室温下持续搅拌30 min以上；

B．在步骤A所获混合体系中缓慢加入硅烷试剂，在室温下搅拌6h以上，再分离出其中的固形物，经洗涤、干燥后备用；

C．将步骤B所获固形物分散在主要由有机溶剂、碱性物质、表面物质和水形成的混合溶液中，并在室温下持续搅拌30 min以上；

D、在步骤C所获混合体系中缓慢加入硅烷试剂，室温下搅拌6h以上，再分离出其中的固形物，经洗涤、干燥后备用；

E、将步骤D所获固形物分散在包含氧化物质的溶液中，室温下搅拌24h以上，再分离出其中的固形物，经洗涤、干燥后备用，所述包含氧化物质的溶液包括双氧水；

F、将步骤E所获固形物分散在饱和强碱溶液中，室温下搅拌24h以上，再分离出其中的固形物，经洗涤、干燥后，获得所述磁性介孔材料。

进一步的，前述有机溶剂可选用无水乙醇，但不限于此。

进一步的，前述碱性物质可选用氨水，特别是浓氨水，但不限于此。

进一步的，前述包含氧化物质的溶液可选用浓度为30wt%的双氧水。

进一步的，前述季铵盐类模板可选用CTAB（十六烷基三甲基溴化铵），但不限于此。

进一步的，前述硅烷试剂可选用正硅酸四乙酯（TEOS）、3-氨丙基三乙氧基硅烷试剂或苯基三甲氧基硅烷试剂，但不限于此。