[发明专利]一种方石英及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种方石英、一种方石英的制备方法和该方石英作为催化剂的载体的应用，该方石英具有多孔结构，该方石英的比孔容为0.5‑0.7ml/g，平均孔径为400‑900nm，最可几孔径为400‑850nm，该方石英含有70‑99.9重量％的二氧化硅和0.1‑30重量％的以氧化物计的钨组分。本发明的方石英作为催化剂的载体具有高温下稳定的性质；本发明的方石英除具有其他方法制备得到的方石英的固有性质外，还具有多孔的结构，具备潜在的工业化应用价值，有望开拓方石英新的工业应用领域；本发明制备方石英的方法简单、对设备的要求低、耗能低，并且二氧化硅原料易得、储量丰富，因此生产成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种方石英及其制备方法和应用。

背景技术

方石英是石英的一种，为硅氧化合物，四方晶质，具有高散射性、高白度、低密度、色泽光亮、抗腐蚀、耐刻划、耐擦洗和消光效果好等良好的性质。近年来，方石英已广泛应用于精密铸造、电子材料、生物材料和航空航天等领域，且需求量逐年增加，但进口价格较高。(雷芸等，硅酸盐通报，2011)。目前已知的方石英为大多为非孔结构，硅质骨架致密，导热系数高(常温下为2.5W/m.k)(郭敬荣译，1995)。

自然界中方石英的含量很少，只在火山岩中少量存在。因此，工业使用的方石英几乎均为人工合成。目前，通常采用高温煅烧(>1000℃)石英的方法制备方石英。余桂林等(方石英的制备及其对磷酸盐包埋材料性能的影响，武汉科技大学学报(自然科学版)，2005年9月)将石英置于1400℃以上的温度下，发现有方石英相生成。申柯娅等(方石英的制备及其热性能测试，铸造技术，2013年3月)将石英粉体、水及添加剂混合均匀干燥后在1300℃煅烧获得石英陶瓷，再经过1500℃煅烧10h得到方石英块料。中国专利CN101041548A中提到将石英粉料与相变催化剂Y₂O₃、Na₂CO₃和BaF₂放在一起升温至1300℃保温6小时得到方石英。中国专利CN101531368A公开了一种以石英坩埚为原料制备方石英材料的方法，利用已经1400-1600℃高温处理过石英坩埚，经过表面除杂、破碎和研磨工艺获得方石英材料。这些的方法显著缺点在于，第一，高温煅烧，耗能高，煅烧条件苛刻；第二，制备过程工艺复杂，成本较高。

目前已知的制备多孔方石英的方法较少。专利CN103771426A公开了一种以硅藻土为原料低温烧制多孔方石英的方法，硅藻土是由硅藻生物遗骸沉积形成的天然无定形SiO₂，其含有丰富的大孔结构，将硅藻土加入偏硅酸钠或碱金属的硅酸盐溶液中，干燥后升温至600-800℃，煅烧后得到多孔方石英。但是该方法对原料要求苛刻，需要具有多孔结构的硅藻土。

甲烷氧化偶联反应是直接以天然气为原料的方法，几十年来一直是关注的焦点，但是甲烷氧化偶联反应需要在较高温度下进行，对催化剂在高温条件下的稳定性提出了要求，因此亟需一种在高温和恶劣环境下稳定的催化剂载体。

发明内容

本发明的目的是克服现有方石英制备技术中耗能高、工艺复杂和产品工业应用有限的不足，提供一种以二氧化硅为原料、低能耗、工艺简单和产品具有潜在工业应用价值的多孔结构的方石英及其制备方法和在甲烷氧化偶联反应中的应用。

本发明的发明人发现，方石英作为一种在高温和恶劣环境下性质稳定的材料，如果能够具有多孔结构，将是理想的催化剂载体。本发明的发明人做了深入研究并发现，在采用钨酸盐作为助剂的情况下，普通的二氧化硅可以转化为多孔方石英，且反应温度明显低于现有技术教导的温度。多孔结构的方石英可以作为甲烷氧化偶联反应的催化剂载体，且具有更多潜在工业应用价值。

本发明提供了一种方石英，其特征在于，该方石英具有多孔结构，所述方石英的比孔容为0.5-0.7ml/g，平均孔径为400-900nm，最可几孔径为400-850nm，该方石英含有70-99.9重量％的二氧化硅和0.1-30重量％的以氧化物计的钨组分。