[发明专利]一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法

说明书

本发明公开了一种铜掺杂SBA‑15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法，该方法包括以下步骤：1)将Na₂S₂O₈溶解在水中，添加TEOS搅拌，紫外光照至溶液澄澈，得到M溶液；2)将P123溶于水中，添加铜盐搅拌，得到N溶液；3)将M溶液与N溶液混合均匀，形成悬浮液后继续反应，将反应产物及母液转移至聚四氟乙烯中水热晶化，冷却后过滤、干燥，煅烧得到蓝色产物。本发明将传统的反应时间48h缩短至16‑24h，使能耗、时间较传统方法更少，效率更高，同时整个反应是在中性环境下进行，反应过程绿色，无污染。

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，具体而言，涉及一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法。

背景技术

SBA-15介孔分子筛由于其规则的孔道结构、极高的比表面积、较窄的孔径分布等显著特性，使其常被用于催化、吸附分离和离子交换等相关领域。但是，未经活化处理的SBA-15缺乏化学活性，在化学工业中的应用十分有限。一种活化SBA-15的简便方法是在其骨架结构中掺杂其他原子，使之具有离子交换能力、高密度的酸中心、各种催化活性。尤其是铜掺杂的SBA-15能够产生高密度的酸中心，展现出良好的催化活性，在催化领域具有较为广泛的应用前景。

目前，报道有关铜掺杂SBA-15的合成方法主要包括直接合成法和后处理法。直接合成法是指在SBA-15介孔分子筛材料的合成过程中加入铜源，直接将铜离子掺杂在介孔材料孔壁内；如论文Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 230(2005)143–150报道了一步法制备有关铜掺杂SBA-15，该方法利用Cu(CH₃COO)₂·H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O在酸性条件(H₃PO₄(85％))下制备得到Cu和Al共掺杂SBA-15，该过程在60℃下反应32小时，反应釜中90℃晶化48h，总耗时80h。后处理法是指在SBA-15介孔分子筛在强酸性条件下合成以后，将铜源加入到分散均匀的SBA-15悬浮液中，再经过后续处理，制备铜掺杂SBA-15；这种方法研究较多，但是工艺步骤复杂，掺杂不均匀，导致活性中心分布不均匀；此外，掺杂的同时也形成了铜氧化物，容易堵塞介孔孔道，使得材料的比表面积降低。如论文MolecularCatalysis 445(2018)43–51报道了后处理法制备铜掺杂SBA-15，同时形成大量CuO，使得SBA-15表面积从639m²/g降低到385m²/g，总耗时110h。

总结上述方法发现现有技术存在如下缺陷：(1)不易合成单一的铜掺杂SBA-15，这是因为强酸性条件下，金属主要以阳离子形式存在，与Si很难形成Cu-O-Si键；(2)上述合成铜掺杂SBA-15的反应均是在酸性环境中进行，需对后续废液进行处理，造成成本上升，且容易造成环境污染；(3)上述方法中耗时较长，均不少于80h，存在能耗高、效率低的缺陷。

通过检索国内外现有技术，尚未见到在无酸、无碱条件下，同时能耗少、时间短、效率高的铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法报道。

发明内容

针对现有制备铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料方法存在的各种缺陷，本发明的目的在于提供一种在中性环境下制备铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料的绿色高效合成方法。

为了实现本发明的目的，本发明人通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种铜掺杂SBA-15介孔分子筛材料合成方法，该方法是在无酸、无碱条件下进行，包括如下步骤：

步骤1：将Na₂S₂O₈溶解在水中，添加正硅酸乙酯(TEOS)搅拌，紫外光照至溶液澄澈，得到M溶液；

步骤2：将P123溶于水中，添加铜盐搅拌，得到N溶液；