[发明专利]一种微球型催化剂的制备方法及其在酰胺化催化方面的应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备与应用技术领域，具体涉及一种微球型磷酸锆催 化剂的制备方法以及这种催化剂在酰胺化催化方面的应用。

背景技术

磷酸锆类化合物(包括磷酸氢锆α-ZrP和γ-ZrP、磷酸氢锆衍生的有 机膦酸锆以及有机物插层磷(膦)酸锆)是近年来发展起来的一大类多功能层 状材料。由于磷酸锆具有较好的催化性能和生物兼容性，所以最具研究价值， 在工业应用中广泛被使用。α-磷酸锆是一种具有一定晶型的无机阳离子层 状材料，它具有类似离子交换树脂的离子交换性能，具有象沸石一徉的择形 吸附和催化性能，具有较高的热稳定性、耐酸碱性能及一定的机械强度，并 且可以提供较大的比表面积。在文献Adv.Mater.2006，18，939-942中， α-ZrP和双螺旋DNA生物分子巧妙的被组装在一起，为其携带RNA提供了可 能。J.Phy.Chem.B.112，(2008)，9201-9208中，表面修饰的α-ZrP经 过剥层后，将纳米金粒子组装到磷酸锆层间，是较好的光响应材料和催化材 料。G.A.Ozin，New.J.Chem.，2005，29：1346-1350利用二步法，首先 将磷酸锆剥层为纳米片，在经过发泡仪器将磷酸锆组装成具有空隙率可调的 大孔发泡材料。作为一种新材料，研究和应用都比较广泛，在嵌入科学领域、 电学领域、光学领域、生物领域、分子识别领域、催化剂领域等都有较为广 泛的研究。

众所周知，在催化应用时，催化剂常常需要成型后才能使用，成型一方 面有利于增加催化剂的机械强度，另一方面有利于催化剂的分离回收和再次 利用，然而，文献中使用α-磷酸锆材料作为催化剂前驱体时，均使用粉体 材料，因此，将这种具有极强刚性的α-磷酸锆材料成型必将有利于改善催 化剂的催化效果和异相催化剂的分离和回收。

石油化工行业的兴衰对于一个国家经济的发展起着至关重要的作用。硬 脂酸甲酯作为一种生物材油前体，具有无毒、可生物降解、含水率较高、 润滑性能好、等优异性能。这种硬脂酸甲酯，经过酰胺化官能团取代以 后，被报道是种良好的电催化材料、生物传感器和药物等等。亲核取代 的酰胺化反应是制备这类功能性材料的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种微球型磷酸锆催化剂的制备方法以及这种催 化剂在酰胺化催化方面的应用。

本发明提供的微球型磷酸锆催化剂，其由以下步骤制备得到：配制纳米 级或亚微米级层状磷酸锆粒子水浆液，其固含量为5-15％；使用旋转式喷雾 干燥器进行成型，输料速率为10-30ml/min，进风口温度为120-160℃，雾 化轮转速为1.0-2.0万转/分，制得的颗粒尺寸在10-100μm之间；然后 200-400℃焙烧5-20小时进行活化，得到微球型磷酸锆催化剂；微球的粒径 为5-80μm，平均粒径d_(0.5)＝20-25μm，比表面积为30-50m²/g，孔容为 1.0-1.5cm³/g，是一种微孔，介孔，大孔为一体的微球颗粒。

本发明提供的微球型磷酸锆催化剂的制备方法如下：

配制纳米级或亚微米级层状磷酸锆粒子水浆液，其固含量为5-15％；使 用旋转式喷雾干燥器进行成型，输料速率为10-30ml/min，进风口温度为 120-160℃，雾化轮转速为1.0-2.0万转/分，制得的颗粒尺寸在10-100μm 之间；然后200-400℃焙烧5-20小时进行活化，得到微球型磷酸锆催化剂。

本发明提供的微球型磷酸锆催化剂应用于酰胺化催化反应，即硬脂酸甲 酯和单乙醇胺反应制备硬脂酸单乙醇酰胺。所述的硬脂酸单乙醇酰胺由以下 操作步骤制备得到：三口烧瓶中加入摩尔比为1∶1-1∶1.2的硬脂酸甲酯和 单乙醇胺两种反应物，再加入本发明制备的微球型磷酸锆催化剂，催化剂占 反应物总质量的5‰-5％，三口烧瓶一端接冷凝器，一端接气体分馏管，一 端接入氮气，70-140℃搅拌反应8-16小时制备硬脂酸单乙醇酰胺。

所述的纳米级或亚微米级层状磷酸锆采用成核/晶化隔离法合成。

本发明的显著特点在于不需任何粘结剂的情况下，合成出刚性较强的磷 酸锆纳米颗粒作为结构基元的磷酸锆微球材料；在此催化剂作用下，酰胺化 反应在温和、环境友好的条件下合成了硬脂酸单乙醇酰胺。

附图说明