[发明专利]磁驱动自搅拌微型催化剂的批量制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磁驱动自搅拌微型催化剂的批量制备方法及其应用，其中，批量制备方法中包括：S10将预合成的固体催化剂粉末均匀分散于水中形成溶液；S20往溶液中进一步加入四氧化三铁粉末和粘结剂，均匀混合得到打印墨水；S30将制备得到的打印墨水装入气动打印机中进行打印；S40将打印物滴入钙离子溶液中，并在环境磁场的作用下成型得到微型催化剂，完成微型催化剂的制备。该方法制备简便，应用中可通过磁性分离、回收利用，具备高效、便捷、环保等特点。

技术领域

本发明属于化学化工催化技术领域，具体涉及一种磁驱动自搅拌微型催化 剂的批量制备方法及其应用。

背景技术

磁力搅拌子被广泛运用于化学反应体系中，宏观的磁力搅拌子通常由聚四 氟乙烯保护的磁铁组成，简称PTFE、F4，外观呈白色；主要作用是在磁场作 用下通过外力搅拌使反应物混合均匀，从而加快反应速度。传统的磁力搅拌存 在着一些应用局限，例如，在强力的外力搅拌下极易导致催化剂结构的破坏， 从而造成催化剂活性、循环性能下降；特殊环境下的微液滴、芯片级微体系反 应很难在外力搅拌下实现等。

Valentine P.Ananikov研究组在ACS Catal.中发表的文章表明，聚四氟乙烯 磁力搅拌子表面残留的杂质会对化学反应产生影响。传统的PTFE搅拌子在长 期使用后会产生划痕，致使表面凹凸不平之外划痕缝隙里面常有试剂残留，导 致后续应用的溶液中即便不加入催化剂也能检测出产物的身影。中国专利 CN201610698214.X提出了一种具有自搅拌功能新型纳米级的四氧化三铁纳米 搅拌子，虽然其一定程度上能够解决传统搅拌子不能对于微升级别的溶液进行 搅拌的技术问题，但是实验使用的溶液自组装制备方法复杂且繁琐，不容易控 制尺寸和大小，合成产率低。中国专利CN201520510810.1提出了一种厘米级 的便携式搅拌电磁搅拌棒，但是该搅拌棒因为尺寸太大而不适用于液滴、芯片 等微体系。

Hilton课题组使用低成本的SLA3D打印机开发了用于磁力搅拌器磁珠的 高表面积支架，并进行了3D打印，最终得到PP材质的厘米级别的搅拌器，将 搅拌子嵌入搅拌器充当反应器。虽然该设备可以有效地催化曼尼希反应，但缺 点是支架的材质对于反应溶液的选择有一定的限制，且反应的催化剂不能回收 再次利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁驱动自搅拌微型催化剂的批量制备方法及其 应用，能有效解决传统磁力搅拌子长时间使用后易受污染，纳米级搅拌子制备 过程复杂繁琐且合成产率低等技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种具有磁驱动自搅拌功能微型催化剂的批量制备 方法，包括：

S10将预合成的固体催化剂粉末均匀分散于水中形成溶液；

S20往溶液中进一步加入四氧化三铁粉末和粘结剂，均匀混合得到打印墨 水；

S30将制备得到的打印墨水装入气动打印机中进行打印；

S40将打印物滴入钙离子溶液中，并在环境磁场的作用下成型得到微型催 化剂。

进一步优选地，在步骤S10中，所述固体催化剂为MOF、MNPs@MOF、 分子筛、介孔碳、介孔二氧化硅等孔材料中的一种或多种复合催化剂、衍生催 化剂。

进一步优选地，当所述固体催化剂为MNPs@MOF时，MNP为金属Pd或 Pt，且金属载量为1％～5％。

进一步优选地，在步骤S20中，粘结剂为海藻酸钠、明胶、羟丙基纤维素、 聚乙烯醇中的一种或几种。

进一步优选地，四氧化三铁粉末与固体催化剂粉末的质量比为0.25～0.75， 粘结剂为打印墨水质量的5％～20％，加入的水的质量为打印墨水质量的 30％-50％。