[发明专利]一种纳米铁修饰的SBA-16分子筛及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种纳米铁修饰的SBA‑16分子筛，其中，纳米铁以单质的形式内嵌于所述分子筛的骨架中。本发明还涉及一种纳米铁修饰的SBA‑16分子筛的制备方法，其包括以下步骤：S1，将硅源、水、有机模板剂、铁源络合物、酸与醇混合，制得反应混合物；S2，将反应混合物进行水热晶化处理，后经后处理，制得Fe‑SBA‑16分子筛；S3，采用氢气将所述Fe‑SBA‑16分子筛进行还原处理，得到所述纳米铁修饰的SBA‑16分子筛。所得纳米铁修饰的SBA‑16分子筛仍具有立方介孔孔道结构和较高的比表面积，且骨架中纳米铁的粒度集中在3‑4nm之间。

技术领域

本发明属于分子筛技术领域，具体涉及一种纳米铁修饰的SBA-16分子筛及其制备方法。

背景技术

近年来负载型催化剂的研究取得了巨大的发展，负载型催化剂不仅解决了均相催化剂难以回收再利用的问题，而且克服了金属流失带来的环境污染问题。介孔材料具有高的比表面积及规整的孔道结构，能够保证负载催化剂活性位的高度分散，维持均相催化剂原有的催化活性和选择性；另外介孔材料表面还有丰富的羟基，易于表面功能化，同时介孔材料还具有较高的化学稳定性和机械稳定性，因此该类材料是一类理想的均相催化剂载体材料。与常规的六方介孔M41S系列分子筛相比，SBA-16分子筛具有的三维孔道能够使反应物更加容易的进入到分子筛内部进行反应，而不至于引起分子筛孔道的堵塞。同时，该分子筛还具有更大的比表面积、规则的孔径分布、更厚的孔壁以及更好的热稳定性，在催化剂、吸附剂、分离剂和纳米科学方面受到了广泛的关注。虽然一般情况下介孔材料本身基本没有催化活性，但当它负载或掺杂具有氧化还原能力的活性组分(如过渡金属或金属氧化物等)时，分子筛上会形成氧化还原的活性中心，氧化还原能力会得到极大的提高。

将三价态的铁离子负载到SBA-16分子筛能显著提高分子筛的酸数量和离子交换能力，所制备的Fe/SBA-16在氧化烷烃，苯酚和苯的烷基化反应过程都表现了良好的催化效果，但常规方法得到的负载型分子筛催化剂在干燥和焙烧的过程中极易造成金属颗粒的团聚，使得分子筛的孔道被大量金属及金属氧化物所覆盖，造成分子筛孔道的堵塞和比表面积的下降。因此使得催化剂的选择性和催化剂的寿命均受到一定程度的影响。

因此，目前存在的问题是急需研究开发一种纳米铁修饰的SBA-16分子筛及其制备方法与应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种纳米铁修饰的SBA-16分子筛及其制备方法与应用。本发明采用铁源络合物与有机模板剂通过静电吸引的相互作用方式使铁离子(Fe³⁺)进入SBA-16分子筛骨架中并取代硅原子，然后通过氢气将骨架中的铁离子(Fe³⁺)直接还原成单质铁(Fe)，使单质铁(Fe)直接内嵌至分子筛骨架中，而由于位阻和分子筛骨架和孔道的限制作用，单质铁(Fe)之间不能相互团聚从而形成由单一纳米铁原子修饰的SBA-16分子筛。

为此，本发明第一方面提供了一种纳米铁修饰的SBA-16分子筛，其中，纳米铁以单质的形式内嵌于所述分子筛的骨架中。

根据本发明，所述纳米铁的粒度为3-4nm；所述分子筛的比表面积≥430m²/g。

本发明第二方面提供了一种根据本发明第一方面所述纳米铁修饰的SBA-16分子筛的制备方法，其包括：

步骤S1，将硅源、水、有机模板剂、铁源络合物、酸与醇混合，制得反应混合物；

步骤S2，将所述反应混合物进行水热晶化处理，后经后处理，制得Fe-SBA-16分子筛；

步骤S3，采用氢气将所述Fe-SBA-16分子筛进行还原处理，制得所述纳米铁修饰的SBA-16分子筛；