[发明专利]一种高比表面积硅基整体式载体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化以及吸附材料制备领域，具体地，涉及一种具有 高比表面积的硅基整体式载体制备方法。

背景技术

在工业催化、能源化工、环境催化等领域中，为了增加固体催化 剂与反应物、吸附质(术语：底物)之间的接触面积，提高固体催化 剂自身的表面积是最常用的方式。为此，将活性组分负载到具有高比 表面积的多孔性物质上是制作固体催化剂的常见方法。常见的高比表 面积固体物质多为颗粒状，如活性炭，分子筛、多孔性氧化铝等。整 体式催化剂与颗粒状催化剂比起来具有一些明显的优点，例如其填装 与回收比较方便，用于固定床反应器中压降较小等。

整体式催化剂通常的制备方法是将具有活性组分的小颗粒附着 于一个的整体式底材，如堇青石、蜂窝状陶瓷等材料上。其总比表面 积往往不高。开发新的整体式催化剂制备方法，或者开发新的整体式 载体的制备方法，是该领域技术人员的重要课题。

对于吸附材料领域，固体吸附剂是最常见的吸附剂形式。为了增 加吸附剂的吸附能力，增加吸附剂的表面积也是重要的手段。整体式 吸附剂于整体式催化剂类似，同样也具有便于与吸附质体系分离的优 点；其材料特征、技术需求上与整体式催化剂类似。

对于整体式催化剂而言，提高催化剂的比表面积、提高活性金属 组分的分散度，同时降低材料与操作成本是该领域技术人员始终关注 的几个问题。专利CN1846855A公开了一种整体催化剂的涂渍方法。 该专利将含糖醇的聚合物或聚合单元涂在整体底材表面，而后用浸渍 法(该文称为早期湿润法)将金属组分引入整体底材表面。该方法可 以得到具有较高比表面积的整体式催化剂，所适用的金属类型涵盖多 种金属。该方法制备过程相对繁琐，涉及多种溶液配制、且要使用一 些具有腐蚀性(如HNO₃)或污染性(如吡咯)物质。

专利CN1411391A公开了一种由金属微纤维与催化剂颗粒组成 的整体式催化剂制备方法。金属微纤维被烧结成三维网状结构，束缚 了催化剂颗粒。该催化剂具有高稳定性、优良导热性、使用寿命长等 优点。然而其基质限定于金属微纤，可能会限制该方法的拓展应用。 该专利没有公开相关的表面积等数据。

从原理上看，常用的整体式催化剂或吸附剂可以由整体式载体与 活性组分两部分构成。首先应得到整体式载体，而后将活性组分分散 于载体上。整体式载体的空间结构特征基本上决定了后续的整体式催 化剂或吸附剂的空间结构特征。因此开发具有高比表面积的整体式载 体的制备方法，同时要求该方法操作简单、原料环境友好、成本较低， 具有重要的研究意义与实用价值，这也是整体式催化剂或吸附剂领域 的技术需求。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种具有高比表面积的 硅基整体式载体制备方法，该方法可以得到高比表面积、微观上具备 纳米级孔道的整体式载体，同时整个制备方法无须昂贵设备、原料无 (低)毒、环境友好、操作安全、成本较低。

本发明实现上述目的的技术路线是：利用具有大量微米至毫米级 级孔道的整体式底材，在其上通过化学反应原位附着多孔性硅基化合 物，从而极大提高原整体式底材的比表面积。

实现上述技术路线的技术方案是：

步骤一、配置硅溶胶前体；具体方法如下：

将正硅酸酯：水：醇按照摩尔比1：m：n的比例混合，其中m 的取值在0.1-20范围内，n的取值在0.2-15范围内；其中正硅酸酯指 的是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯三者中的一个，或者它们 的任意比例混合物；其中醇指的是甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇中的 一个，或者它们的任意比例混合物；

步骤二、溶胶前体pH调节；具体方法如下：

对步骤一所述混合液缓慢加入氨水，直到溶液的pH值处于8.0 –10.5的范围内，之后静置1min–30h；

步骤三、投入整体式底材；具体方法如下：

将一个质量在1-300g范围内的整体式底材浸入步骤二所述的溶 胶前体液中，浸入时间为5min–30h，之后将整体式底材取出；

步骤四、整体式底材的干燥；具体方法如下：

采用自然晾干、阳光晒干、热气吹干、干燥器内晾干、抽真空晾 干、红外灯烘干、加热烘干等方法单独或者组合使用，对步骤三所述 整体式底材进行干燥，直到整体式底材上观察不到液体流动或滴下；