[发明专利]一种洋葱球结构纳米反应器及其制备方法

说明书

本发明提出一种洋葱球结构纳米反应器及其制备方法，制备出的纳米反应器为洋葱球状的囊泡结构的堆积体，囊泡结构由内部的空腔部分以及外部的多壳层结构构成，囊泡结构的直径为100‑300nm，壳层为4‑5层，相邻两个壳层之间的间距为3～50nm，每个壳层的表面均分布有介孔孔道，介孔孔道与壳层表面之间近乎垂直。利用本发明的制备方法制备出的纳米反应器，具备囊泡的特殊多层结构，使得其具有较大的比表面积及充分的气体流通通道，充分暴露的活性位点不易团聚，具有更加优异的催化剂活性性能。

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种洋葱球结构纳米反应器及其制备方法。

背景技术

催化剂中起催化剂作用的是其中活性组分的表面原子，所以提高催化剂中活性组分的表面原子利用率能够有效降低工业生产的成本，纳米催化剂能够有效解决这个问题。纳米催化剂指活性组分的尺寸在100nm以下的催化剂，所有其活性组分具有比表面积大且表面原子数多等优点，相较于传统催化剂，纳米催化剂的活性组分的使用量更少，且催化反应效果更好。介孔SiO₂材料凭借其低密度、可调的多孔性能、较高的比表面积、优异的化学稳定性、较好的机械强度、易于表面修饰等特性得到广泛的应用与研究。

传统的纳米反应器以负载型的纳米催化剂为主，这种催化剂虽然具有合成简单、传质速度快、种类繁多等优点，但是其存在热稳定性差、活性组分易流失等问题。部分核壳类的纳米材料，虽然稳定性有所提升，但活性组分直接被包裹在材料内部，导致催化剂中的活性组分利用率较低。

我们合成了“洋葱球”结构纳米反应器，囊泡的特殊多层结构使得其具有较大的比表面积及充分的气体流通通道。充分暴露的活性位点不易团聚，具有更加优异的催化剂活性性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种洋葱球结构纳米反应器及其制备方法，利用该制备方法制备出的纳米反应器具有多层囊泡结构，并且层与层之间有空腔部分，该结构使得其具有很大的气体流通通道及表面暴露的活性位点。

本申请第一方面实施例提出一种洋葱球结构纳米反应器，为洋葱球状的囊泡结构的堆积体，所述囊泡结构由内部的空腔部分以及外部的多壳层结构构成，囊泡结构的直径为100-300nm，壳层为4-5层，相邻两个壳层之间的间距为3～50nm，每个壳层的表面均分布有介孔孔道，介孔孔道与壳层表面之间近乎垂直。

本申请第二方面实施例提出一种上述的洋葱球结构纳米反应器的制备方法，将P123溶解于盐酸溶液，置于密封锥形瓶中，在水浴中搅拌，再加入扩孔剂，形成乳液，继续搅拌，再加入正硅酸乙酯，搅拌后再加入偏钒酸铵，继续搅拌，得到乳状混合物，将所述乳状混合物转移至真空反应釜中静置一段时间后，将固体过滤出来，对所述固体进行洗涤并干燥，得到洋葱球结构纳米反应器。

在一些实施例中，所述洋葱球结构纳米反应器由如下质量分数的物质制备而成：P1230.01～3％，盐酸溶液0.1～10％，扩孔剂0.01～3％，正硅酸乙酯0.1～10％，偏钒酸铵0.01～1％，其余为蒸馏水。

在一些实施例中，所述扩孔剂为1，3，5-三甲苯。

在一些实施例中，所述水浴温度为20～50摄氏度。

在一些实施例中，所述盐酸溶液浓度为1.6mol L^-1。

在一些实施例中，形成乳液后继续搅拌的时间为5min-120min，加入正硅酸乙酯后搅拌0.5～5h，加入偏钒酸铵后搅拌2～24h。

在一些实施例中，所述真空反应釜中的反应温度为80～200℃，静置4～24小时。

在一些实施例中，干燥的方式为采用鼓风干燥箱，干燥温度为100-150℃，干燥时间为6-24小时。

本申请第三方面实施例提出一种上述的洋葱球结构纳米反应器在环保领域中的应用。