CN109794249A - 一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，属于层状材料合成工艺领域。包括以下步骤：将Na2SiO3·9H2O和SiO2气凝胶于去离子水中搅拌均匀，置于马弗炉中从室温升温至720℃，即得层状硅酸钠Na2Si2O5。将Zn(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O混合加入去离子水，搅拌形成澄清透明溶液；将Na2Si2O5加入至澄清透明溶液中，超声进行充分离子交换，后过滤，干燥，干燥后在300℃的环境下焙烧，即得层状硅酸铜锌催化剂。本发明所述层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，步骤简易，便于操作且容易实现，并且通过本发明所述方法能够该方法成功合成出层状硅酸铜锌催化剂。

Description

一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，属于层状材料合成工艺领域。
背景技术
层状硅酸铜锌催化剂以其优异性能被广泛应用于草酸酯加氢制乙二醇和乙醇、甲醇氧化羰基化制碳酸二甲酯、甲醇脱氢制甲酸甲酯等反应中。目前制备层状硅酸盐催化剂多用以共沉淀为基础的蒸氨法、水热离子交换法以及溶胶-凝胶法。
蒸氨法即先向金属盐溶液中加入过量氨水形成金属氨络合离子，加入载体硅溶胶后老化，最后升高体系温度进行蒸氨、洗涤、干燥焙烧制得层状硅酸盐。前期研究工作表明，蒸氨温度达90℃时可生成层状硅酸盐。该方法需过量氨水，同时蒸氨温度较高，造成能耗过大，蒸氨过程也造成一定环境污染。水热离子交换法即使用金属盐溶液中的金属离子交换层状硅酸钠中的钠离子，通常水热温度达110-250 ℃，水热时长为数小时甚至数天，该制备方法耗时较长，能耗亦较高。溶胶-凝胶法是将硅源（如正硅酸乙酯）与金属盐同时溶于乙醇的水溶液，搅拌混合溶液使硅源进行溶胶，后静置凝胶，将凝胶切片干燥、焙烧即得到层状硅酸铜，溶胶凝胶过程时长可达数天，制备周期较长。
综上，目前制备层状硅酸铜的方法均存在制备周期长，能耗大的问题。本发明以超声法进行离子交换制备层状硅酸铜，大大缩短制备周期，同时有效降低能耗。
发明内容
本发明针对背景技术的情况，开发一种简单易实现的层状硅酸铜锌催化剂制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，包括以下步骤：
1）制备层状硅酸钠
将Na2SiO3·9H2O和等摩尔量的SiO2气凝胶于去离子水中搅拌均匀，烘干并研磨后，置于马弗炉中从室温升温至720℃，恒温4h后降温，待温度降至室温后取出，即得层状硅酸钠Na2Si2O5。
2）制备层状硅酸铜锌催化剂
将Zn(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O混合加入去离子水，搅拌形成澄清透明溶液；将步骤1）得到的层状硅酸钠Na2Si2O5加入至澄清透明溶液中，超声进行充分离子交换，后过滤，去离子水洗涤所得沉淀至滤液无色，将洗涤后所得物质置于烘箱中干燥，干燥后在300℃的环境下焙烧，即得层状硅酸铜锌催化剂。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述Zn(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比为1:1。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述马弗炉中的升温速率为3℃/min。
本发明所述层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，步骤简易，便于操作且容易实现，而且制备周期短，能够有效地降低能耗，并且通过本发明所述方法能够该方法成功合成出层状硅酸铜锌催化剂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为实施例1制备获得的层状硅酸铜锌催化剂SEM图。由图中可看出有明显的片层结构形成。
图2所示为实施例1制备获得的层状硅酸铜锌催化剂XRD图。在2θ =22°左右有一个较宽二氧化硅衍射峰，以2θ =31°为中心的宽衍射峰即为层状硅酸铜锌的衍射峰。
结合图1图2即可说明通过该方法成功合成出层状硅酸铜锌催化剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明使用的化学物质材料为：九水合硅酸钠、二氧化硅气凝胶、六水合硝酸锌、三水合硝酸铜、去离子水。
九水合硅酸钠：Na2SiO3·9H2O 10.0000 g±0.0001 g
二氧化硅气凝胶：SiO2 0.7270 g±0.0001 g
六水合硝酸锌：Zn(NO3)2·6H2O 1.4875 g±0.0001 g
三水合硝酸铜：Cu(NO3)2·3H2O 1.2080 g±0.0001 g
去离子水：H2O 1000.00 ml±0.01 ml
制备方法如下：
1）制备层状硅酸钠
称量10.0000 g±0.0001 g Na2SiO3·9H2O和等摩尔量的SiO2气凝胶于去离子水中搅拌均匀，放入160 ℃烘箱中干燥2 h，取出并研磨后，将样品放入石英舟中，置于马弗炉炉腔中热电偶正下方，设置温度以3 ℃/min速率从室温升至720 ℃，恒温4 h后降温，待温度降至室温后取出，即得层状硅酸钠Na2Si2O5，用样品袋收集并置于干燥器中保存。
2）制备层状硅酸铜锌催化剂
称量1.4875 g±0.0001 g Zn(NO3)2·6H2O和1.2080 g±0.0001 g Cu(NO3)2·3H2O置于烧杯中，继续量取25.00 ml±0.01 ml去离子水，磁力搅拌器搅拌至形成澄清透明溶液。
取1.8200 g±0.0001 g由步骤1）所得层状硅酸钠Na2Si2O5加入步骤2）烧杯中，超声5 min进行充分离子交换，后过滤，去离子水洗涤所得沉淀至滤液无色，将洗涤后所得物质置于100 ℃烘箱中干燥整夜后焙烧，即得层状硅酸铜锌催化剂。
焙烧条件：将样品置于马弗炉炉腔热电偶正下方，以确保焙烧温度准确，调节温度以3 ℃/min的速率由室温升至300 ℃，恒温3 h后降至室温。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备层状硅酸钠
将Na2SiO3·9H2O和等摩尔量的SiO2气凝胶于去离子水中搅拌均匀，烘干并研磨后，置于马弗炉中从室温升温至720℃，恒温4h后降温，待温度降至室温后取出，即得层状硅酸钠Na2Si2O5；
2）制备层状硅酸铜锌催化剂
将Zn(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O混合加入去离子水，搅拌形成澄清透明溶液；将步骤1）得到的层状硅酸钠Na2Si2O5加入至澄清透明溶液中，超声进行充分离子交换，后过滤，去离子水洗涤所得沉淀至滤液无色，将洗涤后所得物质置于烘箱中干燥，干燥后在300℃的环境下焙烧，即得层状硅酸铜锌催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，其特征在于，所述Zn(NO3)2·6H2O和Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种层状硅酸铜锌纳米片的制备方法，其特征在于，所述马弗炉中的升温速率为3℃/min。
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