[发明专利]一种多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂及其制备方法

说明书

一种多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂及其制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。本发明以非晶态氧化硅材料和水溶性镍盐为原料，利用水热法制备页硅酸镍催化剂。氧化硅材料可以是天然或人工合成的非晶态氧化硅，来源广泛。将成比例的氧化硅材料与可溶性镍盐以及一定量的氟系氧化硅刻蚀剂、碱性物质一同加入，在温和的水热条件下制得多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂。与传统工艺相比，本发明采用的非晶态氧化硅选择性更广，无需特殊反应器，适合批量化生产，制备条件温和，所需镍基前驱体用量少，形貌可控，具有高比表面积、高机械强度、高活性、高稳定性、热稳定性好和成本低廉等优点，适用于高温催化反应。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂及其制备方法。

背景技术

地壳中硅的储量巨大，是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4％。非晶态氧化硅可由含硅矿石、含硅固体废弃物、以及硅酸钠或硅酸酯类物质制得，具有比表面积高，稳定性好，高耐热性和机械耐受性，形貌可控可调等特点，在多个领域都有着广泛的用途。

页硅酸镍有着优异的物理化学性质，在电池材料、磁性物质和催化剂载体等方面应用较多。目前对于页硅酸镍材料的研究主要集中于花状、层状或管状结构领域(CN110240169A,CN111017940A)，对于多层级纳米阵列结构的研究还很少。由于这类结构材料具有高比表面、高的稳定性和表面渗透性的特性，而且其交错堆叠部分可容纳大量的客体分子或大尺寸的客体，使得多层级纳米阵列材料在催化剂、电池、光电材料、磁性科学等许多技术领域都取得了重要的进展。页硅酸镍还原后可得到Ni/SiO₂样品，Ni具有3d轨道以及较高的活性和经济性，广泛应用于各个领域，比如加氢、氨分解、水煤气变换、烃类重整、甲烷化等反应。在催化过程中，镍的存在形式以及催化剂的结构对催化效果有着重要的影响。多层级页硅酸镍纳米阵列/氧化硅催化剂，其比表面积高，具有催化活性强、催化剂载容量高的特点。

页硅酸镍的传统制备方法是蒸氨法和水热法，即将氧化硅基材料与可溶性镍盐在蒸氨或水热过程中发生相互作用形成页硅酸镍。蒸氨法中氨气的挥发过程会造成环境污染和物料损失，同时相对较温和的反应条件以及较短的作用时间(Energy,2019,188,116059)，往往使得只有部分氧化硅形成页硅酸镍，只能获得相对较低的催化剂载容量。水热法是目前合成多维结构中较为有效且实用的技术，广泛应用于不同形貌纳米材料中的制备，技术较为成熟，可以用于高质量多层级页硅酸镍催化剂的制备，但是通常存在水热温度高(150–240℃)、水热时间长(16–48h)、镍基前驱体用量大等缺点(CN 111017940 A)。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂的制备方法，本发明采用氧化硅材料选择性广泛，水热制备条件温和，操作工艺简单，所需镍基前驱体用量少，形貌可控可调。通过本发明制得的多层级纳米阵列页硅酸镍材料还原后可用于甲烷化高温反应，催化剂活性较高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂的制备方法，将非晶态氧化硅与氟系氧化硅刻蚀剂和碱性物质加入到镍盐水溶液中，混合均匀，然后转移至水热釜在40–120℃下水热反应，反应完成后，冷却、分离、洗涤、干燥，制得多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂。

具体为：一种多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂的制备方法，将非晶态氧化硅与一定量的氟系氧化硅刻蚀剂、碱性物质加入到一定浓度的镍盐水溶液中，搅拌5min，超声处理10min，然后转移至水热釜在40–120℃下水热6–18h，冷却至室温后，真空抽滤分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤数次，在40–80℃烘箱内真空干燥，制得多层级纳米阵列页硅酸镍催化剂。