[发明专利]一种片层具有垂直穿透式介孔的薄层二维分立层状沸石材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种片层具有垂直穿透式介孔的薄层二维分立层状沸石材料及其制备方法和应用，属于薄层二维材料技术领域。本发明利用醇胺减薄剥离机理对沸石进行剥离，然后利用过氧化氢在微波辐照过程中产生的大量气体和氧化性物质，产生的气体有利于穿透式介孔的构筑，氧化性物质则有利于沸石材料中有机物的去除及活性位点的构筑，从而实现具有垂直于晶体片层的穿透式介孔的高分散多孔二维材料的高效可控构筑。因此，本发明的方法充分利用醇胺减薄剥离和过氧化氢造孔除杂功能，在获得薄层二维沸石材料的同时，可通过一步消解反应实现垂直于沸石晶体片层的穿透式介孔的引入、有机物去除及活性位点的高效构筑。

技术领域

本发明涉及薄层二维材料技术领域，尤其涉及一种片层具有垂直穿透式介孔的薄层二维分立层状沸石材料及其制备方法和应用。

背景技术

沸石是一类具有规整微孔结构的结晶性硅铝酸盐，在离子交换、吸附、分离、催化(尤其是石油炼制)等领域有着十分广泛的应用。随着可利用的石油资源重质化和劣质化的加剧以及环保要求的提升，由沸石催化的大分子反应逐渐受到了大家的关注。常规介孔沸石材料主要可通过硬模板法和晶种法获得，但是硬模板法成本相对较高，存在影响沸石结晶生长的风险，且模板剂需要通过高温焙烧去除；晶种法不但需要提前制备合适的晶种，且仅对特定拓扑结构的沸石材料适用，普适性较差。由此合成的沸石材料孔道尺寸依然有限，且在大分子催化反应中还存在活性位点可接触性不足的缺陷。分散性能也较难有明显改观。

鉴于此，理想的沸石材料应具有更大的外比表面积，暴露更多可调变活性位点，有利于大分子反应物的扩散及与活性位点的接触，进而可在大分子催化反应中表现出优异的择形性和反应活性。而且，片层越开放，性能越突出。单层厚度仅2.5nm的MWW拓扑结构的沸石材料不仅具有较大的介孔比表面积，而且其特殊的半笼碗状沸石晶层结构在扩散控制和大分子催化反应中可显示出独特性。可见，沸石材料的厚度和介孔结构的开放性是改善催化性能的关键。

但目前薄层二维沸石的制备方法具有操作难控制和成本较高的缺点：层剥离法因步骤复杂(通常包含溶胀、超声、酸化或机械处理等操作)和所用碱性条件(常用大分子有机铵，体系pH通常大于13)不利于层板结构稳定；直接合成法因两亲模板剂(如C₁₆DC₁)需要特殊设计且价格昂贵而不利于材料的高效率、低成本制备。此外，为了更好地暴露沸石活性位点以便后续使用，通常要对沸石孔道中所含有机物进行去除，常规的高温焙烧法会导致片层材料层片的明显叠合，即便使用过氧化氢或(类)芬顿试剂的效果也并不好，且无法兼具造孔功能。综上，现有方法得到的二维沸石厚度较难控制，分散性没有任何改观；片层开放性有限，对扩散性质和活性位点暴露没有突出改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种片层具有垂直穿透式介孔的薄层二维分立层状沸石材料及其制备方法和应用，所制备的薄层二维分立层状沸石材料片层具有垂直穿透性介孔、高度分立且分散性良好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种薄层二维分立层状沸石材料的制备方法，包括以下步骤：

将醇胺溶液与沸石混合，进行表面功能化处理，得到改性沸石复合材料；

将所述改性沸石复合材料分散于过氧化氢水溶液，进行微波消解，得到薄层二维分立层状沸石材料。

优选的，所述醇胺溶液中醇胺包括乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、丙醇胺、异丙醇胺或丁醇胺；所述醇胺溶液中醇胺与溶剂的质量比为(0.5～1):1。

优选的，所述醇胺溶液与沸石的质量比为1:(0.01～0.1)。

优选的，所述表面功能化处理的温度为20～35℃；时间为1～14d。

优选的，所述过氧化氢水溶液的浓度为0～30wt％且不为0。