[发明专利]一种酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂及其制备方法

背景技术

气凝胶aerogel是一种纳米多孔性非晶固态材料，因其具有密度低、比表面积大、孔隙率高和热导率低等突出特点，因此具有很强的吸附效果，且其在高温环境下性状不会发生改变而失活，因此可以很好的被用作化学反应的新型催化剂载体，而且根据反应的种类可以选择掺杂不同的金属元素或其化合物达到加强吸附和分解气相增加其反应活性的功能。

气凝胶掺杂催化剂将纳米掺杂剂分子负载到气凝胶孔隙中形成复合催化结构，该结构可以将反应的分子吸附于它的孔隙之间，大幅增加纳米掺杂剂分子与反应分子的接触频率，从而进一步提高了固体超强酸催化剂的活性。需要强酸催化条件的化学反应就可以使用掺杂固体超强酸的气凝胶作为催化剂，比如将气凝胶掺杂纳米SO₂^-4/MxOy固体超强酸催化剂应用于环保型增塑剂乙酰柠檬酸酯ATBC的酯化和乙酰化反应中代替传统催化剂浓硫酸就具有反应活性高，酯化和乙酰化率分别提高到99.5％和99.8％，降低对反应设备的腐蚀，催化剂可回收利用率高，无污染等优点；需要气相反应条件如氢化反应、气相氯化、气相氟化等可采用掺杂纳米金属或其化合物的气凝胶作为催化剂，比如将气凝胶掺杂氯化镧、氯化铈应用于除草剂中间体四氯-2-氰基吡啶的合成中代替传统活性炭催化剂也就具有吸附能力更强，对氯气的分解能力更高，从而提高了反应活性。

现有的气凝胶催化剂也存在相关报道，但都是无机类的催化剂，而有机气凝胶主要由碳氢或碳氢氧等低原子序数元素组成,密度低且微孔分布均匀,可加工性和吸附性能比无机气凝胶好，且其与反应物具有更好的相容性，更有利于其催化性能的发挥。因此，我们制备的这种酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂可以满足化工行业对新型催化剂的需求。

针对现有气相氯化，气相氟化等反应中传统催化剂的不足，目前缺乏一种具有超高吸附性能和催化活性的酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有超高吸附性能和催化活性的酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：本发明提供了一种酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂，所述酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂包括按重量份计的下述组分：

进一步地，所述的酚和醛中，酚是为间苯二酚、1，4对苯二酚中的一种或几种的组合；醛为甲醛、糠醛中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的分散剂为六偏磷酸钠、硅酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酸中的一种或几种的组合。

更进一步地，所述的催化剂为碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钙、乙胺中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的掺杂改性剂为纳米SO₂^-4/MxOy固体超强酸、纳米钛、纳米二氧化钛、偏铝酸钠、氯化镧、氯化铈、氟化钙、氟化铝中的一种或几种的组合。

本发明所述的酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂在柠檬酸酯类增塑剂、吡啶类除草剂等领域应用。

本发明所述的酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按上述重量份的比例称取各物质，将酚和醛溶入去离子水中，再加入催化剂，搅拌均匀得到反应溶液；

(2)向反应溶液中加入掺杂改性剂和分散剂，在500r/min的转速下，搅拌5min使掺杂改性剂均匀的分散于反应溶液中；

(3)将反应溶液按约1:50体积比加入不溶油相中在400-2000r/min的转速下搅拌，在80℃、50-100KHz超声环境下反应30-60min，最后经过酸洗老化和冷冻干燥,制得酚醛类掺杂有机气凝胶催化剂。

进一步地，在步骤(1)中，所述酚和醛混合物中酚和醛的摩尔比为1：2。

进一步地，在步骤(3)中，所述的不溶油相为司盘SPAN/环己烷混合液，其中司盘SPAN质量分数为10％。

有益效果：本发明具有较高的吸附能力、气相分解能力和耐高温能力，保证了其高温环境下超高的催化活性，且其在高温环境下也不会发生失活现象，催化应用范围广，是一种综合性能优异且适用工业化生产的新型高效催化剂。本发明的气凝胶结构可控，可根据实际要求制备出不同的孔径，密度，可用作气相氢化、气相氯化、气相氟化等一系列气相反应体系的高活性催化剂,极大的扩展了其催化应用范围。