[发明专利]一种一体式ZrO2基磁性纳米固体酸催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合金属氧化物制备技术领域，特别涉及一种由层状前体法制备一体式ZrO₂基磁性纳米固体酸催化剂的方法，该磁性复合金属氧化物催化剂主要用于催化脂肪酸醇的酯化反应。

技术背景

近年来在催化反应中，考虑到环境和催化剂回收等因素，均相催化体系的多相化已成为催化研究领域的重要发展趋势。但多相催化反应体系往往存在着反应界面小、传质阻力大等弊端。可以借助纳米粒子，根据其表面积大、表面活性高的特性来提高催化活性，但因纳米催化剂难以分离和回收，制约了纳米催化剂的应用。将纳米级催化剂固载于磁性粒子上，可以利用磁分离方便地解决纳米催化剂难以分离和回收地问题。而且如果在反应器外加旋转磁场，可以使磁性催化剂在磁场的作用下进行旋转，一方面避免了具有高比表面能的纳米粒子间的聚集。同时，每个具有磁性的催化剂颗粒在磁场作用下可在反应体系中进行旋转，起到搅拌作用，这样可以增大反应中催化剂间的接触面积，提高催化效率。如文献：A.G.Anshits，E.V.Kondratenko，E.V.Fomenko，A.M.Kovalev，N.N.Anshits，O.A.Bajukov，E.V.Sokol，A.N.Salanov，Novel glass crystal catalysts for the processes of methane oxidation，Catal ysis Today，2001，64：59-67中，用磁性微球和空心煤胞制备了一种新型玻璃态催化剂，用于甲烷的氧化。

纳米级磁性铁氧体材料以及超细固体酸ZrO₂均因为其独特的性能被广泛研究。铁氧体是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物，如尖晶石型铁氧体的化学分子式为MeFe₂O₄，其中Me为离子半径与二价铁离子相近的二价金属离子(Mn²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺、Co²⁺等)，因此随着替代金属种类和数量的不同，可以组成各种不同类型的双组份铁氧体或多组份铁氧体。ZrO₂是一种用途极为广泛的氧化物，由于ZrO₂具有酸性、碱性、还原性和氧化性，因此由它制成的催化剂常表现出独特的活性和选择性。文献：常铮，郭灿雄，李峰，段雪，张密林，新型磁性纳米固体酸催化剂ZrO₂/Fe₃O₄的制备及表征，化学学报，2002，60(2)，298～304中，将磁性材料和固体酸进行组装的设想，以纳米级磁性粒子Fe₃O₄为磁核，将ZrO₂包覆于磁核表面，成功制备了磁性纳米固体酸催化剂。该系列催化剂均具有较小的粒子尺寸、较强的磁性及较高的酯化催化活性，并且易于通过磁场进行回收，使用寿命较长。但此类核-壳结构的磁性固体酸催化剂存在制备成本高、结构不稳定、催化活性中心分散不均匀容易失活等缺点，离大规模工业应用有一定差距，制约了此类催化剂的发展和利用。