[发明专利]一种聚合物分子簇纳米复合催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于催化材料的技术领域，公开了一种聚合物分子簇纳米复合催化材料及其制备方法与应用。所述聚合物分子簇纳米复合催化材料，主要由分子簇、丙烯酸酯类单体制备而成；分子簇为多金属氧酸盐分子簇，为Lindqvist型、Keggin型或Anderson型中一种以上。本发明还公开了复合催化材料的制备方法。本发明的复合催化材料机械性能好、催化效率高、催化稳定好、易于回收利用，避免了传统材料在催化过程中因催化中心离去导致的催化效率降低、稳定性差的和不能循环利用的缺点；另外，本发明的催化材料能够实现气体分离催化。本发明的催化材料在气体分离催化和非均相催化领域中应用。

技术领域

本发明属于催化材料的技术领域，具体涉及一种聚合物分子簇纳米复合催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来由于聚合物纳米复合材料的优异的成膜性能和与各种溶液的高度相容性，该类材料的应用已经扩展到气体分离催化和非均相催化领域。传统的聚合物纳米复合材料通过非共价作用如静电吸附、氢键、亲疏水作用将纳米粒子复合到聚合物基体中。然而由于这种弱作用力使得该体系在催化过程中存在一些问题。一是传统的聚合物纳米复合材料为提高其机械性能往往要提高其纳米粒子的含量，但是随着纳米粒子含量的提升会引起相分离，导致其机械性能受限。二是传统的聚合物纳米复合材料随着其纳米负载量提高往往会牺牲材料的溶剂相容性，从而导致材料溶胀率降低因而反应底物难以接触催化中心，导致材料催化效率降低。三是传统的聚合物纳米复合材料在溶胀状态下，其中的纳米粒子由于与聚合物链较弱的相互作用而逐渐离去，导致催化稳定性下降，难以重复使用。此外，气体分离催化膜材料普遍存在选择性低和催化效率低的缺点。单独的分子簇作为催化材料具有较高的催化效果，但是由于其粒径小(如:有的分子簇粒径＜10nm)难以回收重复使用。目前硫醚的催化氧化中可重复利用的高效催化剂的匮乏仍然制约着其发展。因此需要寻找一种机械性能好、催化效率高、催化稳定性好、易于重复利用的聚合物纳米复合催化材料。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要的目的是提供一种聚合物分子簇纳米复合催化材料。该材料由分子簇和聚合物机体组成，机械性能好、催化效率高、催化稳定好、易于回收利用，干燥和溶胀状态下呈黄色透明状。

本发明的另一目的在于提供上述聚合物分子簇复合催化材料的制备方法。该制备方法简单，一步反应即可获得机械性能好、催化效率高、催化稳定好、易于回收利用的催化材料。

本发明的再一目的在于提供上述聚合物分子簇纳米复合催化材料的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种聚合物分子簇纳米复合催化材料，主要由分子簇、丙烯酸酯类单体制备而成。

所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种以上，优选为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸正丁酯；

所述甲丙烯酸甲酯和丙烯酸正丁酯的摩尔比为(1～3)：(4～1)。

所述分子簇为多金属氧酸盐分子簇，为Lindqvist型、Keggin型或Anderson型中一种以上；优选为Lindqvist型的分子簇。

Lindqvist型，其结构通式：[M₆O₁₉]^n-(M＝Nb、Ta、W、Mo、V)，Keggin型，其结构通式：Y_n[XM₁₂O₄₀]·mH₂O(X＝Si、P、B、Ge、As等；M＝Nb、W、Mo等)，Anderson型，其结构通式：Y_n[XM₆O₂₄]^n-(X＝Al、Ga、Cr、Co、Ni等；M＝V、W、Mo等)；其中X称为中心原子，M称为配原子，Y称为反荷离子，H₂O为结晶水，n为多阴离子所带的电荷数目，m为结晶水的数目。