[发明专利]一种多级孔ZrO2纳米粉体的制备方法

说明书

本发明提出了一种多级孔ZrO₂纳米粉体的制备方法，制备过程如下：将适量无机锆源溶于一定量的水中，100℃温度下回流2–24h得到前驱体，将前驱体移至带有四氟乙烯内衬的反应釜中，150–200℃水热反应24h；反应完成后，经洗涤、过滤、干燥，得到多级孔ZrO₂纳米粉体。其特征在于：未添加任何模板剂、矿化剂，直接水解‑水热制备多级孔ZrO₂纳米材料，且在水相催化氧化纤维素制备乙酰丙酸方面具有潜在的应用。本发明制备方法简单、反应条件易控，条件温和、绿色无污染。

技术领域

本发明属于无机孔材料制备及其催化应用技术领域，具体涉及一种多级孔 ZrO₂纳米粉体的制备方法。

背景技术

煤、石油和天然气等石化资源是当今社会发展的主要能源支撑和现代工业发展的命脉，然而它们是不可再生的、有限的，随着人口增长和经济发展正以越来越快的速度消减。同时，石化资源的开采和利用也造成环境污染和极端气候等问题。而生物质资源因其可再生、环境友好、分布广泛、储量丰富等特点受到世界各国人民的广泛关注。生物质大都以植物体形式存在，主要成分是木质素、纤维素和半纤维素。在木质生物质中，木质素含量在20％左右，纤维素约占40％，半纤维素约为25％左右。ZrO₂材料因其具有弱的酸碱性和氧化-还原特性，被广泛应用于氢化、酯化和氧化等可再生的化工行业。2012年，美国林鸿飞课题组发现ZrO₂水相催化氧化纤维素转化羧酸平台化合物具有较好的选择性，尤其乙酰丙酸产率可达50％，且5次循环使用后，其产率仍达到40％(Hongfei Lin,et al.Energy&Environmental Science,5(2012)9773)。该绿色催化工艺为生物质纤维素转化羧酸平台化合物的研究提供了新的思路，但需要进一步开发催化剂以提高选择性和产率。

自1992年Mobil公司的Kresge和Beck利用阳离子表面活性剂为模板成功合成出孔径在1.5–10nm范围可调的新型M41S系列氧化硅基有序介孔材料以来，介孔材料的制备及其应用研究成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一。根据国际纯粹与应用化学联合会的规定，介孔材料是指孔径介于2–50nm的一类多孔材料，具有极高的比表面积、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，其高比表面积和多孔结构能够吸附反应物，在催化反应中发挥作用。介孔材料的限域效应使反应物及反应的过渡态稳定富集在最佳活性位点，使催化过程的选择性提高。介孔材料通常通过添加有机物或昂贵的聚合物作为模板剂，再通过模板脱除工艺制得，具有工艺复杂、成本较高，甚至部分有机溶剂、模板剂有毒，造成环境污染。因此，开发一种工艺简单、反应条件易控，条件温和、绿色无污染的方法来制备介孔ZrO₂材料是非常有必要的。

发明内容

本发明针对ZrO₂粉体在催化氧化生物质转化羧酸平台化合物的潜在应用以及介孔ZrO₂粉体的制备工艺存在工艺复杂、成本较高、环境污染等技术问题，提出了一种多级孔ZrO₂纳米粉体的制备方法。

一种多级孔ZrO₂纳米粉体的制备方法，其制备过程如下：

(1)将0.01–0.1mol无机锆源溶于100ml水中搅拌10–30min，然后置于100℃油浴锅中回流2–24h得到前驱体；

(2)将前驱体移至带有聚四氟乙烯的反应釜中，150–200℃水热反应24h；

(3)反应完成后，经洗涤、过滤、干燥，得到多级孔ZrO₂纳米粉体。

进一步的，所述无机锆源为氯氧化锆和硝酸氧锆。

通过采取上述技术方案，本发明的有益效果如下：

本发明制备方法简单、反应条件易控，条件温和、绿色无污染。