[发明专利]一种二维超薄MFI分子筛纳米片及其制备方法与其在常温乙烯净化中的应用

说明书

本发明公开了一种M‑二维超薄MFI分子筛纳米片材料的制备及其在常温消除乙烯中的应用该材料具有如下通式：M‑MFI(2D)，首先合成表面活性剂，再将硅源、铝源、氢氧化钠、表面活性剂、水混合老化，转移到反应釜中水热晶化，得到晶化产物经系列处理得二维超薄MFI分子筛纳米片，并通过离子交换等方法将过渡金属M负载到主催化剂上。本发明材料可作为常温去除乙烯的催化剂，该去除乙烯催化剂与贵金属催化剂相比成本低，制备简单，操作实施方便。可在常温条件下稳定的将乙烯完全氧化为CO₂和H₂O，无二次污染，具有优异的稳定性。适用于相关化工行业操作间等局部空间，也适用于瓜果蔬菜运送集装箱、仓库和储藏室等空间的乙烯消除。

技术领域

本发明属于环境催化领域，具体涉及一种二维超薄MFI分子筛纳米片的制备及其在常温下消除乙烯的应用。

背景技术

乙烯是一种小分子量的挥发性有机化合物(VOCs)，在石油化工领域中作为原料及产物会不可避免导致不同程度的扩散，同时，乙烯也来自于食品运输和保鲜过程中集装箱、仓库和储藏室等局部环境中水果、蔬菜和花卉等由于植物自身调节生长过程的释放。局部环境下高浓度乙烯会诱发水果的腐烂、蔬菜褪绿，人体长时暴露在这种环境中，可引起头昏、神经麻痹、全身不适、乏力、思维不集中甚至意识丧失等症状。

目前，消除局部环境下乙烯的方法主要有臭氧氧化和催化氧化法。臭氧氧化法需要额外引入臭氧作为氧化剂，在常温下消除乙烯效率低下且易造成二次污染。催化氧化法包含光催化氧化与热催化氧化两种，光催化氧化需要具有合适带宽的半导体材料作为催化剂，还需要由光提供能量，并且温度对光催反应有一定的影响(The Journal of PhysicalChemistry C，2011，115，16537-16543)，所以在某些特殊环境，如冷库中，该方法适用性大打折扣；在热催化氧化方法中，贵金属催化剂被广泛的使用，其优点在于降低了反应的温度(Applied Catalysis A:General，2013,464-465，87-94)，提高了催化性能，有利于乙烯的完全氧化，但是，贵金属总量有限，价格高，严重制约了贵金属催化剂在实际中的应用。

过渡金属因为价格低廉等优点而被广泛研究应用，但是大多数催化剂由于稳定性较差、材料本身结构缺点、所需反应温度高，导致常温段去除乙烯效果较差，且极易积碳失活。如采用沉积沉淀法制备了2％Au/MxOy(M＝Co、Fe、Zn、Ti)催化剂，在室温下乙烯的转化率仅为7.4％，在160℃条件下方可实现乙烯的良好去除，但是该材料极易表面积碳而导致失活，催化剂的使用寿命不尽人意(Catalysis Communications，2011,12，1265-1268)。同样，就算是多孔分子筛材料，也并不一定都适合常温乙烯的去除，如中孔硅基材料负载铂用于低浓度乙烯的完全氧化反应(Angew Chem Int Ed Engl.，2013，52，6265-6268)，其催化稳定性及其不好，在1至2个小时内就失活，而且中孔材料MCM-41的孔壁为非晶态，导致水热稳定性和热稳定性均较差，很难应用到低温条件下局部乙烯的去除。

因此，在常温环境下乙烯高效去除仍然是一个挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维超薄MFI分子筛纳米片材料及其制备方法，并以其为主催化剂在常温消除乙烯中的应用。该二维分子筛材料是一种典型MFI拓扑结构分子催化剂，其中助催化剂为过渡金属M，M金属为铜、铁、锰、镍、钴、锆中的一种或多种，在常温环境下能快速且稳定的将乙烯完全氧化成CO₂和H₂O，绿色安全，反应后产物无二次污染，可循环使用。适用湿度范围广，且制备方法简单，成本比贵金属催化剂低，催化反应时利用空气中的氧气作为氧化剂，无需额外添加氧化剂，也不需要外部能量输入，适用于相关化工行业操作间等局部空间，也适用于瓜果蔬菜运送集装箱、仓库和储藏室等空间的乙烯消除。