CN107586570B - 一种硅改性载体的制备方法以及由该载体制备的脱氧剂和该脱氧剂的制备方法 - Google Patents
一种硅改性载体的制备方法以及由该载体制备的脱氧剂和该脱氧剂的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种硅改性载体的制备方法以及由该载体制备的脱氧剂和该脱氧剂的制备方法，重点在于使负载在载体前驱体上的正硅酸乙酯在酸性条件下发生水解缩聚反应，这样大大的提高了正硅酸乙酯水解缩聚的效率，并且负载有正硅酸乙酯的水解缩聚产物的第一预制载体浸泡在环氧树脂溶液中，使正硅酸乙酯的水解缩聚产物与环氧树脂发生在载体前驱体上发生共聚反应，进而使得形成的共聚物环氧硅酸酯直接负载在载体前驱体上。此种方法不仅提高了负载在载体前驱体上的含有硅的物质的分子量，减小了含有硅的物质在焙烧过程中的蒸发的量，而且解决了直接在载体前驱体上负载高分子含硅物质时，不易负载在载体前驱体上的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及载体改性技术领域，属于一种用正硅酸乙酯改性氧化铝制备得到硅改性氧化铝的方法，以及用硅改性载体制备脱氧剂的方法。
背景技术
氧化铝载体由于具有表面多孔、大比表面积和高硬度等特性，在吸附领域和负载型催化剂领域得到了广泛的应用。经过研究发现，通过硅元素对氧化铝改性，可以提高负载在其上的活性组分的催化活性，这主要是由于硅的加入可以改变氧化铝表面的羟基构型及数目，同时Si4+为高度缺电子结构，能对氧化铝表面的酸性类型和酸中心数目进行调控，从而改变活性组分在氧化铝载体表面的分散状态，进而提高活性组分的催化性能。
目前常用的制备硅改性氧化铝的方法有两种：
方法一，是在制备氧化铝载体的过程中，将含有硅的物质加入到氧化铝粉末中，与氧化铝粉末一起成型、烧结，得到硅改性氧化铝载体。在上述制备方法中，将含有硅的物质在氧化铝载体成型烧结前进行掺杂，会导致在烧结成型过程中增加载体结构的不确定性，从而可能导致比表面积的降低，也会影响载体的机械强度，鉴于上述原因，该方法并不常被使用。
方法二，则是将含有硅的物质通过浸渍或是喷涂等方法负载在氧化铝载体外部，经焙烧后形成硅改性氧化铝载体。该方法将含有硅的物质的掺杂步骤放在了氧化铝载体成形之后，采用浸渍等方式进行，从而保障了原有氧化铝载体的结构，同时也起到了对氧化铝载体改性的作用，所以被广泛应用。
在上述方法二中，为了更好地提高负载效率，一般需要对应提高浸渍或者喷涂效率，但是不论采用浸渍还是喷涂的方法，都需要配置含有硅的物质溶液。在含有硅的物质中，主要包括大分子量聚合物和小分子量聚合物，而大分子量聚合物不易溶解形成稳定溶液，那么将会影响负载的效率和效果。所以优选小分子量聚合物为改性材料，其中，较为常用的是硅酸烷基酯。在制备时，一般设置焙烧温度为500-900℃，在该温度下由于硅酸烷基酯的分子量较小容易在高温下发生蒸发，导致实际负载在氧化铝载体上的硅含量减少，从而影响改性的效果。此外，蒸发的含硅物质会附着在装置内部，也会对装置的寿命造成不利影响。
为此，中国专利文献CN102883812A公开了一种二氧化硅改性催化剂载体的方法，该方法将原硅酸四乙酯负载在氧化铝载体表面，对其进行干燥处理，而后将一定体积的温度为30-150℃的液态水施加到干燥的硅酸酯改性载体上对其进行水处理，或者将硅酸酯改性载体放入温度为30-150℃的液态水中，最后焙烧得到硅改性载体。在上述方法中，通过水处理使部分原硅酸四乙酯发生水解缩聚，形成大分子量缩聚物，从而在一定程度上减少了焙烧过程中硅含量的降低。
上述水处理后得到的缩聚后的产物分子量也不是很高，在高温焙烧环境下还会存在含硅的物质蒸发的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的在对载体进行硅改性时，负载在载体表面的含有硅的物质容易在焙烧中蒸发的问题，从而提供一种可有效控制含有硅的物质蒸发的硅改性载体制备方法，以及由该载体制备的脱氧剂和该脱氧剂的制备方法。
一种硅改性载体的制备方法,包括如下步骤:
(1)将载体前驱体浸渍在正硅酸乙酯醇溶液中，正硅酸乙酯进行水解缩聚反应，然后滤除液体，得到第一预制载体；
(2)将所述第一预制载体置于环氧树脂溶液中，在温度40-50℃下保温反应，得到第二预制载体；
(3)对所述第二预制载体进行干燥、焙烧，得到所述硅改性载体。
优选的是，所述的制备方法中，所述步骤(2)中还包括将所述第二预制载体在混合胶液中浸渍的步骤；
所述混合胶液由田箐胶和羧甲基纤维素钠组成。
优选的是，所述的制备方法中，所述混合胶液中，所述田箐胶和所述羧甲基纤维素钠的质量比为2:1。
优选的是，所述的制备方法中，所述正硅酸乙酯在温度40-50℃下水解缩聚反应。
优选的是，所述的制备方法中，所述正硅酸乙酯的醇溶液中硅含量为所述载体前驱体质量的0.5％-7％。
优选的是，所述的制备方法中，所述环氧树脂溶液中所含的环氧树脂的质量为所述第二预制载体质量的2％-5％。
优选的是，所述的制备方法中，将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为(3-5):(3-5):1的量混合，得到所述正硅酸乙酯醇溶液。
优选的是，所述的制备方法中，将环氧树脂加入到有机溶液中，得到所述环氧树脂溶液；
所述有机溶液为二甲苯、丁酮或正丁醇中的一种或几种混合形成。
优选的是，所述的制备方法中，所述焙烧温度为300-800℃，时间为2-5h；
所述载体前驱体为γ-Al2O3、η-Al2O3或θ-Al2O3。
一种脱氧剂，包括本发明所述的硅改性载体和负载在所述硅改性载体上的活性组分。
优选的是，所述的脱氧剂中，所述活性组分为钯。
一种制备脱氧剂的方法，包括如下步骤：
将活性组分溶液喷涂到本发明所述的硅改性载体上，在温度为100-300℃下烘干，得到所述脱氧剂。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供了一种硅改性载体的制备方法，该方法采用两步法制备预制载体，即水解缩聚步骤和共聚步骤的结合；在水解缩聚步骤中，正硅酸乙酯负载在载体前驱体上，并在载体前驱体表面完成缩聚；在共聚步骤中，本发明将负载有正硅酸乙酯的水解缩聚产物的第一预制载体置于环氧树脂溶液中，给予了负载在载体前驱体上的正硅酸乙酯的水解缩聚产物与环氧树脂发生共聚反应的机会，进而在载体前驱体的表面进一步形成了共聚物环氧硅酸酯，但是由于水解缩聚步骤作为基础已经圆满的完成了负载基础任务，所以在共聚步骤完成后即便生成的是大分子量的共聚物也不会因分子量大而不易水溶从而影响负载效果；最终彻底解决了缩聚后含硅的产物蒸发的问题，保证了负载后载体上的硅含量。
2.本发明提供了一种硅改性载体的制备方法，通过在负载有环氧硅酸酯的第二预制载体外部包覆由田箐胶和羧甲基纤维素钠形成的混合胶，使载体预制体负载的共聚物环氧硅酸酯外部包覆一层保护层，能有效的避免第二预制载体上的共聚物环氧硅酸酯的脱落，进一步的保证了载体前驱体上硅的含量。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
硅改性载体的制备
实施例1
本实施例提供了一种硅改性载体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为3:3:1的量混合，对其进行加热至50℃，搅拌得到正硅酸乙酯醇溶液；
按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为γ-Al2O3质量的3％的量，将γ-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，在温度为40℃下，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到第一预制载体，其中γ-Al2O3的粒径为1mm；
(2)将二甲苯、丁酮、正丁醇和E44环氧树脂按照质量比2:1:1:0.2混合，搅拌均匀，得到环氧树脂溶液，按照环氧树脂溶液中所含的含环氧树脂的质量为第一预制载体质量的4％的量，将第一预制载体加入到环氧树脂溶液中，然后在温度为45℃下，保温反应1h，滤除液体，得到第二预制载体；
将田箐胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为2:1:5混合，搅拌均匀，得到混合胶液，将第二预制载体在所述混合胶液中浸渍，而后滤除液体；
(3)将第二预制载体在100℃下，干燥1h，而后在温度为500℃下焙烧3h，得到硅改性载体A。
实施例2
本实施例提供了一种硅改性载体的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为5:4:1的量混合，而后加热到40℃，搅拌，得到正硅酸乙酯醇溶液，而后按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为η-Al2O3质量的0.5％的量，将η-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，在温度为50℃下，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到第一预制载体，其中η-Al2O3的粒径为3mm；
(2)将二甲苯、丁酮、正丁醇和E44环氧树脂按照质量比3:1:1:0.1混合，搅拌均匀，得到环氧树脂溶液，按照环氧树脂溶液中所含的含环氧树脂的质量为第一预制载体质量的2％的量，将第一预制载体加入到环氧树脂溶液中，然后在温度为40℃下，保温反应1h，滤除液体，得到第二预制载体；
(3)将第二预制载体在120℃下，干燥1h，而后在温度为300℃下焙烧5h，得到硅改性载体B。
实施例3
本实施例提供了一种硅改性载体的制备方法，其包括如下步骤
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为3:5:1的量混合，搅拌，得到正硅酸乙酯醇溶液，而后按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为θ-Al2O3质量的7％的量，将θ-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到第一预制载体，其中θ-Al2O3的粒径为2mm；
(2)将二甲苯、丁酮、正丁醇和E44环氧树脂按照质量比3:1:1:0.4混合，搅拌均匀，得到环氧树脂溶液，按照环氧树脂溶液中所含的含环氧树脂的质量为第一预制载体质量的5％的量，将第一预制载体加入到环氧树脂溶液中，然后在温度为50℃下，保温反应1h，滤除液体，得到第二预制载体；
将田箐胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为1:1:5混合，搅拌均匀，得到混合胶液，将第二预制载体在所述混合胶液中浸渍，而后滤除液体；
(3)将第二预制载体在100℃下，干燥1h，而后在温度为800℃下焙烧2h，得到硅改性载体C。
脱氧剂的制备
实施例4
本实施例提供了一种脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为3:3:1的量混合，而后加热到40℃，搅拌，得到正硅酸乙酯醇溶液，而后按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为γ-Al2O3质量的2％的量，将γ-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，在温度为45℃下，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到第一预制载体，其中γ-Al2O3的粒径为2mm；
(2)将二甲苯、丁酮、正丁醇和E44环氧树脂按照质量比3:1:1:0.2混合，搅拌均匀，得到环氧树脂溶液，按照环氧树脂溶液中所含的含环氧树脂的质量为第一预制载体质量的3％的量，将第一预制载体加入到环氧树脂溶液中，然后在温度为45℃下，保温反应1h，滤除液体，得到第二预制载体；
将田箐胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为2:1:5混合，搅拌均匀，得到混合胶液，将第二预制载体在所述混合胶液中浸渍，而后滤除液体；
(3)将第二预制载体在100℃下，干燥1h，而后在温度为600℃下焙烧2h，得到硅改性载体D；
(4)将氯化钯溶解在水中，形成浓度为0.05mol/L氯化钯喷涂液；
负压抽滤硅改性载体D 30min后，除去孔道中的气体，在用水作为载体孔道饱和剂将载体内部孔道沾满，然后沥干30min，然后将硅改性载体D置于糖衣机中，将氯化钯喷涂液分三次喷涂到硅改性载体D上，得到预制脱氧剂，其中，氯化钯喷涂液的用量为硅改性载体质量的0.5％；
(5)将预制脱氧剂在90℃下干燥1h，而后在温度为200℃烘干1.5h，得到脱氧剂A。
实施例5
本实施例提供了一种脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为3:3:1的量混合，而后加热到40℃，搅拌，得到正硅酸乙酯醇溶液，而后按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为γ-Al2O3质量的4％的量，将γ-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，在温度为45℃下，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到第一预制载体，其中γ-Al2O3的粒径为3mm；
(2)将二甲苯、丁酮、正丁醇和E44环氧树脂按照质量比3:1:1:0.2混合，搅拌均匀，得到环氧树脂溶液，按照环氧树脂溶液中所含的含环氧树脂的质量为第一预制载体质量的4％的量，将第一预制载体加入到环氧树脂溶液中，然后在温度为45℃下，保温反应1h，滤除液体，得到第二预制载体；
将田箐胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为2:1:5混合，搅拌均匀，得到混合胶液，将第二预制载体在所述混合胶液中浸渍，而后滤除液体；
(3)将第二预制载体在100℃下，干燥1h，而后在温度为400℃下焙烧2h，得到硅改性载体E；
(4)将硝酸钯溶解在水中，形成浓度为0.05mol/L硝酸钯喷涂液；
负压抽滤硅改性载体E 30min后，除去孔道中的气体，在用水作为载体孔道饱和剂将载体内部孔道沾满，然后沥干30min，然后将硅改性载体E置于糖衣机中，将硝酸钯喷涂液分三次喷涂到硅改性载体E上，得到预制脱氧剂，其中，硝酸钯喷涂液的用量为硅改性载体质量的0.5％；
(5)将预制脱氧剂在90℃下干燥1h，而后在温度为200℃烘干1.5h，得到脱氧剂B。
实施例6
本实施例提供了一种脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为3:3:1的量混合，对其进行加热至50℃，搅拌得到正硅酸乙酯醇溶液；
按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为γ-Al2O3质量的3％的量，将γ-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，在温度为40℃下，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到第一预制载体，其中γ-Al2O3的粒径为1mm；
(2)将二甲苯、丁酮、正丁醇和E44环氧树脂按照质量比2:1:1:0.2混合，搅拌均匀，得到环氧树脂溶液，按照环氧树脂溶液中所含的含环氧树脂的质量为第一预制载体质量的4％的量，将第一预制载体加入到环氧树脂溶液中，然后在温度为45℃下，保温反应1h，滤除液体，得到第二预制载体；
将田箐胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为2:1:5混合，搅拌均匀，得到混合胶液，将第二预制载体在所述混合胶液中浸渍，而后滤除液体；
(3)将第二预制载体在100℃下，干燥1h，而后在温度为500℃下焙烧3h，得到硅改性载体A；
(4)将氯化钯溶解在水中，形成浓度为0.01mol/L氯化钯喷涂液；
负压抽滤硅改性载体A 30min后，除去孔道中的气体，在用水作为载体孔道饱和剂将载体内部孔道沾满，然后沥干30min，然后将硅改性载体A置于糖衣机中，将氯化钯喷涂液分三次喷涂到硅改性载体A上，得到预制脱氧剂，其中，氯化钯喷涂液的用量为硅改性载体质量的0.5％；
(5)将预制脱氧剂在80℃下干燥1h，而后在温度为230℃烘干1.5h，得到脱氧剂C。
对比例
本对比例提供了一种脱氧剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为3:3:1的量混合，而后加热到50℃，搅拌，得到正硅酸乙酯醇溶液，而后按照正硅酸乙酯醇溶液中含有硅的质量为γ-Al2O3质量的3％的量，将γ-Al2O3加入到正硅酸乙酯醇溶液中，向其中加入盐酸，调节pH至4，在温度为40℃下，水解缩聚1.5h，然后滤除液体，得到预制载体，其中γ-Al2O3的粒径为1mm；
将田箐胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为2:1:5混合，搅拌均匀，得到混合胶液，将预制载体在所述混合胶液中浸渍，而后滤除液体；
(2)将预制载体在100℃下，干燥1h，而后在温度为500℃下焙烧3h，得到硅改性载体F；
(3)将氯化钯溶解在水中，形成浓度为0.01mol/L氯化钯喷涂液；
负压抽滤硅改性载体F 30min后，除去孔道中的气体，在用水作为载体孔道饱和剂将载体内部孔道沾满，然后沥干30min，然后将硅改性载体F置于糖衣机中，将氯化钯喷涂液分三次喷涂到硅改性载体F上，得到预制脱氧剂，其中，氯化钯喷涂液的用量为硅改性载体质量的0.5％；
(4)将预制脱氧剂在80℃下干燥1h，而后在温度为230℃烘干1.5h，得到脱氧剂D。
效果验证
1.对实施例1-5所制备的硅改性载体A-E的机械强度、孔容、比表面积以及平均孔径进行检测，检测结果见表一。
表一
| 比表面积(m<sup>2</sup>·g<sup>-1</sup>) | 孔容(mL·g<sup>-1</sup>) | 平均孔径(nm) | 机械强度(N/粒) | |
| 硅改性载体A | 241 | 0.71 | 10.2 | 169 |
| 硅改性载体B | 226 | 0.65 | 9.4 | 160 |
| 硅改性载体C | 227 | 0.66 | 9.1 | 157 |
| 硅改性载体D | 232 | 0.68 | 9.5 | 165 |
| 硅改性载体E | 237 | 0.67 | 9.6 | 162 |
2.用XRF(X射线荧光光谱分析)对实施例1-5以及对比例所制备的硅改性载体A-F上的硅元素的含量进行检测，结果见表二。
表二
表二中硅元素含量是指硅改性载体上，其所含的硅元素的质量占硅改性载体的总重量的百分数；硅保留率是指经全元素分析仪检测出的硅元素所占硅改性载体重量的百分数与其理论值的比。
由表二中可以明确的得出，由实施例1-5制备的硅改性载体的硅保留率明显高于对比例制备的硅改性载体。
3.在脱氧反应器中对实施例4-6和对比例所制备的脱氧剂A-D的脱氧性能进行测试，结果见表三。
测试条件为：合成气由H2、CO、CO2、CH4、N2和O2组成，其中，O2的浓度为500ppm；脱氧温度500℃。
表三
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种硅改性载体的制备方法,包括如下步骤:
(1) 将载体前驱体浸渍在正硅酸乙酯醇溶液中，正硅酸乙酯在温度40-50℃下进行水解缩聚反应，然后滤除液体，得到第一预制载体；
（2）将所述第一预制载体置于环氧树脂溶液中，在温度40-50℃下保温反应，得到第二预制载体；
（3）将所述第二预制载体在混合胶液中浸渍，所述混合胶液由田箐胶和羧甲基纤维素钠组成；
（4）对浸渍后的第二预制载体进行干燥、焙烧，得到所述硅改性载体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合胶液中，所述田箐胶和所述羧甲基纤维素钠的质量比为2:1。
3.根据权利要求1-2任一所述的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯醇溶液中硅含量为所述载体前驱体质量的0.5%-7%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂溶液中所含的环氧树脂的质量为所述第一预制载体质量的2%-5%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将无水乙醇、去离子水和正硅酸乙酯按照摩尔比为（3-5）:（3-5）:1的量混合，得到所述正硅酸乙酯醇溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将环氧树脂加入到有机溶液中，得到所述环氧树脂溶液；
所述有机溶液为二甲苯、丁酮或正丁醇中的一种或几种混合形成。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧温度为300-800℃，时间为2-5h；
所述载体前驱体为γ-Al2O3、η- Al2O3或θ- Al2O3。
8.一种脱氧剂，其特征在于，包括权利要求1-7任一项 所述的硅改性载体和负载在所述硅改性载体上的活性组分。
9.根据权利要求8所述的脱氧剂，其特征在于，所述活性组分为钯。
10.一种制备权利要求8或9所述的脱氧剂的方法，包括如下步骤：
将活性组分溶液喷涂到权利要求1-7任一项 所述的硅改性载体上，在温度为100-300℃下烘干，得到所述脱氧剂。
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