CN110038547B - 一种锡负载氧化铝纳米片的制备方法 - Google Patents

一种锡负载氧化铝纳米片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于催化领域,提供一种锡负载氧化铝纳米片的制备方法,其特征在于包括以下步骤:将2质量份的九水合硝酸铝与3质量份的尿素添加到10‑100质量份的去离子水中,得到均匀透明的溶液;将上述溶液进行水热反应,得到水合氧化铝;将洗涤后的水合氧化铝烘干煅烧,得到氧化铝纳米片,将得到的氧化铝应用于葡萄糖的转化。本发明的优点和有益效果是操作简便,所制得的催化剂稳定且对环境友好。所制备的锡负载纳米氧化铝具有表面积高、孔体积大、孔径分布集中以及表面路易斯酸活性中心多,实现葡萄糖高转化率以及5‑羟甲基糠醛的高产率。

Description

一种锡负载氧化铝纳米片的制备方法
技术领域
本发明涉及生物质类固体废弃物资源化领域,特别是一种锡负载氧化铝纳米片的制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展,社会生产对于能源需求在逐渐加大。目前,我国的能源供给主要靠煤、石油和天然气这些不可再生的化石资源,随着这些资源不断消耗,我们正面临日益严重的能源危机。为解决这一问题,寻求一种可替代型资源备受学者关注。自然界中生物质资源属于可再生资源,且储量丰富。
传统的生物质处置技术诸如焚烧、填埋并没有实现生物质资源的高效利用,同时还带来了大气、固废、地表水方面的污染问题。生物质主要成分纤维素的水解产物单糖,经过转化后生成的呋喃基化合物5-羟甲基糠醛(HMF),可以合成功能聚酯、医药中间体和新型高分子材料等,有很高的利用价值,利用化学催化实现生物质资源化的技术为解决传统的生物质固废问题提供了新的可能性。其中常用的催化剂可分为均相与非均相催化剂,相比于均相催化剂,非均相催化剂具有可回收利用,环境污染小,不会对设备造成强烈的腐蚀等优点。因此,设计新型非均相催化剂对于生物质固废资源化的产业化过程是非常重要的。
纳米氧化铝具有比表面积高、孔体积大、孔径分布集中以及表面活性中心多等优点,可以有效地解决催化剂的高选择性和高反应活性等问题,因此被广泛用于石油炼制、加氢脱硫、催化燃烧、汽车尾气净化和高分子合成等领域。纳米氧化铝颗粒尺寸小,表面原子配位不全会增加表面活性位,而随着粒径的减小,颗粒表面变得粗糙,会增加反应时与物质的接触面,从而提高催化效率和选择性。
发明内容
本发明的目的是解决葡萄糖转化为5-羟甲基糠醛效率低的问题,提供一种利用葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的方法,其特征在于,包括以下步骤:
将2质量份的九水合硝酸铝与3质量份的尿素添加到10-100质量份的去离子水中,搅拌10-30min,得到均匀透明的溶液;
将上述溶液转移至体量合适的水热罐中,80-150℃下进行水热反应36-72小时,得到水合氧化铝析出物;
将上述水热反应得到的产物(溶液与不溶物)在10000r/min条件下离心10-20分钟,得到水合氧化铝;
将上述水合氧化铝与10-100质量份溶剂混合洗涤再离心,所用溶剂分别为水与乙醇,分别洗涤5次,得到洗涤后的水合氧化铝,在80℃条件下烘干10-20小时;烘干后在600℃空气氛围中煅烧2小时,得到氧化铝纳米片;
将2质量份的氧化铝纳米片溶解在10-100质量份的去离子水中,再加入0.05-5质量份的五水合四氯化锡,搅拌12-36小时;在10000r/min条件下离心10-20分钟,得到不溶部分,为锡负载纳米氧化铝的前体物质;
将上述的前体物质与10-100质量份去离子水混合洗涤再离心,离心洗涤多次,得到洗涤后的锡负载纳米氧化铝的前体物质;再在110℃下烘干10-20小时;烘干后在500℃空气氛围中煅烧3小时,得到锡负载氧化铝纳米片,可直接应用于催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的转化实验。
本发明的优点和有益效果是:
采用九水合硝酸铝、尿素以及五水合四氯化锡制备锡负载纳米氧化铝,操作简便,所制得的催化剂稳定且对环境友好。可以通过调节原料量直接调节催化剂上锡元素的负载量。所制备的锡负载纳米氧化铝具有表面积高、孔体积大、孔径分布集中以及表面路易斯酸活性中心多,通过调节锡元素的负载量实现5-羟甲基糠醛的高产率,在生物质固废资源化领域具有一定的应用前景。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述,但本实施例所叙述的技术内容是说明性的,而不是限定性的,不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1:
采用水热法制备锡负载氧化铝纳米片,将2.15 克的九水合硝酸铝与3.09 克的尿素溶解到30毫升的去离子水中,搅拌25分钟,得到均匀透明的溶液;将上述溶液转移至50毫升的水热罐中,100℃下进行水热反应48小时,得到水合氧化铝析出物;将上述水热反应得到的产物(溶液与不溶物)在10000r/min条件下离心10分钟,得到不溶部分——水合氧化铝;将上述水合氧化铝与30 毫升溶剂混合洗涤再离心,所用溶剂分别为水与乙醇,各洗涤离心5次,得到洗涤后的水合氧化铝,在80℃下烘干16小时;烘干后在600℃空气氛围中煅烧2小时,得到氧化铝纳米片;将2克氧化铝纳米片溶解在25 ml去离子水中,再加入0.089 克五水合四氯化锡,搅拌24小时;再在10000r/min条件下离心10分钟,得到不溶部分,为锡负载纳米氧化铝的前体物质;将上述的前体物质与30 毫升去离子水混合洗涤再离心,共离心洗涤5次,得到洗涤后的锡负载纳米氧化铝的前体物质;再在110℃下烘干16小时;烘干后在500℃空气氛围中煅烧3小时,得到负载量为1.5wt % 的锡负载氧化铝纳米片;在溴化1-乙基-3-甲基咪唑溶剂中催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的产率可达53%。
实施例2:
采用水热法制备锡负载氧化铝纳米片,将2.15 克的九水合硝酸铝与3.09 克的尿素溶解到30 毫升的去离子水中,搅拌25分钟,得到均匀透明的溶液;将上述溶液转移至50毫升的水热罐中,100℃下进行水热反应48小时,得到水合氧化铝析出物;将上述水热反应得到的产物(溶液与不溶物)在10000r/min条件下离心10分钟,得到不溶部分——水合氧化铝;将上述水合氧化铝与30 毫升溶剂混合洗涤再离心,所用溶剂分别为水与乙醇,各洗涤离心5次,得到洗涤后的水合氧化铝,在80℃下烘干16小时;烘干后在600℃空气氛围中煅烧2小时,得到氧化铝纳米片;将2克氧化铝纳米片溶解在25 毫升去离子水中,再加入0.416克五水合四氯化锡,搅拌24小时;再在10000r/min条件下离心10分钟,得到不溶部分,为锡负载纳米氧化铝的前体物质;将上述的前体物质与30 毫升去离子水混合洗涤再离心,共离心洗涤5次,得到洗涤后的锡负载纳米氧化铝的前体物质;再在110℃下烘干16小时;烘干后在500℃空气氛围中煅烧3小时,得到负载量为1.5wt % 的锡负载氧化铝纳米片;在溴化1-乙基-3-甲基咪唑溶剂中催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的产率可达56%。

Claims (1)

1.一种催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的锡负载氧化铝纳米片的制备方法,包括以下步骤:
(1)将2质量份的九水合硝酸铝与3质量份的尿素添加到10-100质量份的去离子水中,搅拌10-30分钟,得到均匀透明的溶液;
(2)将上述溶液转移至体量合适的水热罐中,80-150℃下进行水热反应36-72小时,得到水合氧化铝析出物;
(3)将上述水热反应得到的产物,溶液与不溶物在10000 r/min条件下离心10-20分钟,得到水合氧化铝;
(4)将上述水合氧化铝与10-100质量份溶剂混合洗涤再离心,所用溶剂分别为水与乙醇,各洗涤5次,得到洗涤后的水合氧化铝,在80℃下烘干10-20小时;烘干后在600℃空气氛围中煅烧2小时,得到氧化铝纳米片;
(5)将2质量份的氧化铝纳米片溶解在10-100质量份的去离子水中,再加入0.05-5质量份的五水合四氯化锡,搅拌12-36小时;再在10000 r/min条件下离心10-20分钟,得到不溶部分,为锡负载纳米氧化铝的前体物质;
(6) 将上述的前体物质与10-100质量份去离子水混合洗涤再离心,共离心洗涤5次,得到洗涤后的锡负载纳米氧化铝的前体物质;再在110℃下烘干10-20小时;烘干后在500℃空气氛围中煅烧3小时,得到锡负载氧化铝纳米片,直接应用于在溴化1-乙基-3-甲基咪唑溶剂中催化葡萄糖制备5-羟甲基糠醛的转化实验。
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