[发明专利]一种磁性催化剂的制备及其催化纤维素脱水的应用

权利要求书

1.一种磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以Fe₃O₄磁性粒子为内核，将SiO₂或TiO₂为中间层包裹于磁性内核外，最后在磁性粒子表面包覆多元复合氧化物，其具体操作步骤如下：

步骤1：磁性内核Fe₃O₄的制备：将六水合三氯化铁、四水合二氯化铁溶于去离子水中，加热至70-90℃，冷凝回流1-3h，然后缓慢加入氨水溶液；冷却至室温后将产生的磁性颗粒用磁铁收集，用蒸馏水清洗产物3-5次，得到Fe₃O₄磁性内核；

步骤2：中间层SiO₂的制备：取上述磁性内核与蒸馏水、乙醇和浓氨水混合超声15-30min，搅拌下加入正硅酸四乙酯TEOS/乙醇溶液，滴加完毕继续搅拌8-12h，其中磁性内核与中间层的质量比为1:5-5:1，TEOS和乙醇的体积比为0.45:10，然后用磁铁收集产物，用蒸馏水和乙醇分别清洗产物3-5次，得到SiO₂包裹的磁性内核；

步骤3：取上述SiO₂包裹的磁性内核超声分散于去离子水中，然后加入前驱体九水合硝酸铝、五水合硝酸锆，其中SiO₂包裹的磁性内核与所有前驱体的质量比为1:10-1:5，去离子水与SiO₂包裹的磁性内核的质量比为100:1-50:1，各前驱体之间的质量比可随意调配；常温下搅拌15-20min，再加入0.5-2mol/L的氨水缓慢调节溶液pH至8-10，得到白色沉淀，继续搅拌20-30min，所得沉淀经离心后用蒸馏水和乙醇分别清洗3-5次，在60-80℃下真空干燥，最后于400-600℃煅烧3-5h后即得到所述的ZrO₂-Al₂O₃@SiO₂@Fe₃O₄磁性催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述的三氯化铁和二氯化铁的摩尔比为1:1-2:1，三氯化铁、去离子水、氨水质量比为1:6:1-1:3:1。

3.根据权利要求1所述的一种磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述的磁性粒子内核除Fe₃O₄外，还可以是CoFe₂O₄、NiFe₂O₄或MnFe₂O₄磁性粒子，CoFe₂O₄的制备方法为将硝酸铁和硝酸钴溶于蒸馏水，加入柠檬酸不断搅拌，用浓氨水调节pH至5-6，然后在60-80℃水浴中蒸发6-8h，得到湿凝胶，在100-120℃下干燥后燃烧得到固体粉末即为CoFe₂O₄粒子，上述组分摩尔比为硝酸铁：硝酸钴：柠檬酸＝1:1:2-2:1:3；NiFe₂O₄或MnFe₂O₄磁性粒子的制备只需将上述步骤中的硝酸钴分别改为硝酸镍和硝酸锰即可。

4.根据权利要求1所述的一种磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述的包裹磁性内核的中间层除了SiO₂，还可以是TiO₂，制备方法只需将TEOS换为钛酸丁酯TBOT即可。

5.根据权利要求1所述的一种磁性催化剂的制备方法，其特征在于：所述的复合氧化物是ZrO₂、Al₂O₃、Nb₂O₅、CeO₂其中任意两种或三种组成的复合氧化物，该氧化物均匀包裹在磁性内核表面。

6.一种如权利要求1所述方法制备的磁性催化剂在催化纤维素脱水的应用，其特征在于：在磁感应加热反应器中催化纤维素制备5-羟甲基糠醛的应用方法，将纤维素与双液相溶剂H₂O/THF以质量比为1:40-1:80配置为溶液装入到磁感应加热反应器中，保持催化剂与纤维素原料的质量比为1:2-1:20，H₂O与THF的体积比为1:6-1:3，通入氮气排除釜内空气并调节系统初始压力为0.5-1.5MPa，控调磁场强度在5-300kA/m，使反应器内磁性催化剂处于磁稳定状态，调节温度为140-200℃进行纤维素催化脱水反应3-10h。