[发明专利]一种三维有序大孔V-Mg氧化物材料的制备方法及材料的应用

说明书

技术领域

本发明属于有序孔结构材料，具体涉及一种三维有序大孔V-Mg氧化物材料的制备方法。

背景技术

三维有序大孔材料，不仅具有一般大孔材料的大孔径，而且孔径均匀，孔道排列有序，孔壁由纳米粒子组成，是一类新型大孔催化剂、吸附剂、色谱材料和微生物载体，因为高度有序的空间点阵排列结构，是一种优化了的光子晶体，近年来发展十分迅速。

有序大孔材料制备的主要途径是模板技术。目前，胶体晶体模板因具有简单、快捷，孔径大小可通过单分散颗粒的平均粒径在亚微米至微米级范围内调节等优点，是有序大孔材料的主要合成方法。

V-Mg-O作为催化材料广泛应用于石油化工和煤化工，它具有丰富的晶格氧空位、较高的V⁵⁺和V⁴⁺之间的氧化还原电位，可作为催化剂应用于低碳烷烃部分氧化制烯烃以及辛烷和庚烷的芳构化反应。传统的V-Mg-O合成方法主要有共沉淀法、水热法、浸渍法、溶胶-凝胶法以及机械混合法等，但是通过这些方法合成的材料不具备特殊的结构，比表面积较小。

因此，有必要开发一种新型制备技术获得颗粒尺寸形貌统一的高活性V-Mg-O材料。利用胶体模板法合成的三维有序大孔V-Mg-O具有孔径均一且排列有序、内部贯通的开放性、较高的比表面积、优异的氧化还原性能，因而显示出更优越的催化性能，有利于提高反应的活性和收率。

经检索，尚未有文献和专利报道三维有序大孔V-Mg-O氧化物材料的制备和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种孔径均匀可控、内部贯通开放的三维有序大孔V-Mg氧化物材料的制备方法。

本发明采用的技术方案，包括如下步骤：

(1)将柠檬酸、镁盐与偏钒酸铵溶解于乙醇与水形成的混合溶液中，搅拌使形成透明前驱体溶液；

(2)将单分散的聚苯乙烯(PS)微球乳液高速离心成块状，弃去上清液，然后干燥，获得块状三维有序PS光子晶体模板；

(3)将步骤(2)获得的块状三维有序PS光子晶体模板浸入步骤(1)制得的透明前驱体溶液中，抽滤掉多余液体，于25-70℃干燥成块状固体；

(4)煅烧所得固体，获得所述三维有序大孔V-Mg氧化物材料。

所述镁盐为硝酸镁或醋酸镁。

所述透明前驱体溶液中，以氧化物计，其中五氧化二钒重量百分含量为2％-70％，氧化镁重量百分含量为40％-99％。

所述混合溶液是由乙醇与水质量比4:1-49:1混合形成，乙醇和水混合液体积为10mL-50mL。

所述步骤(1)的总金属元素(V+Mg)之和：柠檬酸的摩尔比＝1:1-2。

所述步骤(2)的单分散的聚苯乙烯(PS)微球颗粒的粒径为180-700nm，是参照文献(J.Zhangetal./AppliedCatalysisB:Environmental,2009,26,11-20，应用催化B:环境)制备而得，或者直接在苏州智微纳米科技有限公司购买。

所述步骤(2)单分散的聚苯乙烯(PS)微球乳液中单分散的聚苯乙烯(PS)微球质量比为4-10％。

所述步骤(2)的高速离心是指在3000-5000转/分钟下离心2-4小时。

所述步骤(3)的块状三维有序PS光子晶体模板：前驱体溶液＝1g：1-6mL，浸渍时间为2-4小时。

所述步骤(4)在480℃-700℃煅烧4-6小时。

本发明三维有序大孔V-Mg氧化物材料在制备烯烃的应用包括如下步骤：

采用固定床工艺，将三维有序大孔V-Mg氧化物材料加热至300-600℃，并保持10-120min，再用等体积流量的氮气吹扫相同时间，再通入反应混合气体，得产物烯烃。

所述反应混合气体包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、环己烷、辛烷、庚烷其中一种、氧气和氮气。

所述三维有序大孔V-Mg氧化物材料加热是将催化剂在空气或者氧气和氮气的混合气体中从室温以不高于20℃/min的升温速率加热。

所述反应混合气体的组成按体积百分比为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、环己烷、辛烷、庚烷其中一个，占1.5％-15％，氧气占1.5％-30％，余量为氮气；所述反应混合气体的空速为50-100ml/min，反应压力为常压，反应温度为400-600℃。

本发明具备的优点和效果：

1、本发明具有原料廉价易得，制备过程简单，所得产物形貌、粒径和孔径可控等特征。