氧化铁多孔整体式催化剂的制备 【技术领域】
本发明涉及一种氧化铁多孔整体式催化剂的制备方法。
背景技术
氯代芳烃类有机污染物因其具有高毒性、生物蓄积性、半挥发性及持久性，对环境及人类健康具有重要的危害，研究去除氯代芳烃类污染物的新型技术具有重要的意义。
已有研究表明催化氧化法是去除氯代芳烃类污染物的一种有效的手段。氧化铁因其具有催化活性高、价格低廉的优点，已经成为催化分解氯代芳烃类污染物的一种重要的催化剂。近年来，新型高效氧化铁催化剂的设计合成，已成为国内外学者关注的热点，但所设计合成的催化剂为颗粒状催化剂。这种颗粒状催化剂通常装填于催化床层中使用。由于受传质限制，其转化率不仅取决于颗粒大小，也取决于反应器高度；一般要求反应器直径应为催化剂颗粒直径的10倍以上，反应器长径比也应在3-5以上。因此水平反应器不适于使用颗粒状催化剂。另外，由于压力波动或运行期间催化剂体积收缩，或其他机械因素会使催化剂颗粒流动，易产生沟流。催化剂颗粒的内扩散是影响催化反应速度的又一传质限制。细孔颗粒催化剂的活性表面主要在颗粒孔隙内部，当反应速度比反应物向孔内扩散速度快时就会受到内扩散的控制。颗粒状催化剂床层因受床层高度和组分流速的影响，存在着床层压降较高的问题。
本发明就是针对上述问题，提供一种氧化铁多孔整体式催化剂的制备方法。
【发明内容】
本发明提供的技术方案是：一种氧化铁多孔整体式催化剂的制备方法，以所制备的双孔硅胶整体柱为模板，采用硬模板的方法，制备得到氧化铁多孔整体式催化剂。
所制得的氧化铁多孔整体式催化剂具有相互交联的骨架和贯通的大孔，骨架中有中孔。大孔骨架为0.5-20μm，大孔孔径0.3-20μm，中孔孔径2-50nm。
作为模板的硅胶整体柱的制备方法：以烷氧基硅烷为硅源，以聚乙二醇为大孔模板剂，以氨水为中孔模板剂，采用改进的溶胶-凝胶工艺，通过脱模、洗涤、干燥、焙烧制得硅胶整体柱模板。
将硅胶整体柱置于热缩管内，加热后将硅胶整体柱紧密包覆，在抽滤条件下，使硝酸盐溶液通过硅胶整体柱。之后抽滤、干燥、焙烧，重复多次至整体柱恒重。以氢氧化钠溶液溶解硅胶，制备得到氧化铁多孔整体式催化剂。
本发明的氧化铁多孔整体式催化剂具有独特的多孔结构，具有流体通透性高、易于负载活性组分的特点。孔径结构易于调控，可使催化反应具有很好的选择性。
【具体实施方式】
为更好理解本发明的内容，下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例1：
在抽滤瓶中加入一定量蒸馏水，硝酸，正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)，并使四者物质的量之比，H2O∶HNO3∶TEOS∶PEG＝14.7∶0.25∶1∶6.9×10-4，冰水浴搅拌并伴随真空抽气1h至其完全溶解。将得到的溶胶缓慢倒入5ml塑料管内，置于40℃恒温水浴中反应36h。取出硅胶柱，浸于0.01M氨水中，120℃水热处理4h，70℃干燥12h，严格控制胶体失水速度，之后于箱式电阻炉内焙烧，以1℃min-1的速率升温至550℃，恒温4h，制得双孔硅胶整体柱。取长度2cm左右的整体柱，置于聚四氟乙烯热缩管内，于180℃反应4h，完成对双孔硅胶整体柱的包覆。用5mol/L Fe(NO3)3溶液，以0.1mL/min流速冲洗包覆好的双孔整体柱1h，取出双孔整体柱后在120℃下烘干至恒重，在600℃高温煅烧4h。重复抽滤至焙烧这一过程多次至整体柱恒重。以氢氧化钠溶液溶解整体柱的硅胶组分，烘干水分，即得所制备的氧化铁多孔整体式催化剂。
实施例2：
在抽滤瓶中加入一定量蒸馏水，硝酸，正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)，并使四者物质的量之比，H2O∶HNO3∶TEOS∶PEG＝14.7∶0.25∶1.1∶6.9×10-4，冰水浴搅拌并伴随真空抽气1h至其完全溶解。将得到的溶胶缓慢倒入8ml塑料管内，置于40℃恒温水浴中反应36h。取出硅胶柱，浸于0.01M氨水中，120℃水热处理4h，70℃干燥12h，严格控制胶体失水速度，之后于箱式电阻炉内焙烧，以1℃min-1的速率升温至550℃，恒温4h，制得双孔硅胶整体柱。取长度3cm左右的整体柱，置于聚四氟乙烯热缩管内，于160℃反应6h，完成对双孔硅胶整体柱的包覆。用4mol/L Fe(NO3)3溶液，以0.1mL/min流速冲洗包覆好的双孔整体柱2h，取出双孔整体柱后在120℃下烘干至恒重，在600℃高温煅烧4h。重复抽滤至焙烧这一过程多次至整体柱恒重。以氢氧化钠溶液溶解整体柱的硅胶组分，烘干水分，即得所制备的氧化铁多孔整体式催化剂。
实施例3：
在抽滤瓶中加入一定量蒸馏水，硝酸，正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)，并使四者物质的量之比，H2O∶HNO3∶TEOS∶PEG＝14.7∶0.25∶1.1∶7.0×10-4，冰水浴搅拌并伴随真空抽气1h至其完全溶解。将得到的溶胶缓慢倒入6ml塑料管内，置于40℃恒温水浴中反应36h。取出硅胶柱，浸于0.02M氨水中，120℃水热处理4h，70℃干燥12h，严格控制胶体失水速度，之后于箱式电阻炉内焙烧，以1℃min-1的速率升温至550℃，恒温4h，制得双孔硅胶整体柱。取长度3cm左右的整体柱，置于聚四氟乙烯热缩管内，于180℃反应4h，完成对双孔硅胶整体柱的包覆。用5mol/L Fe(NO3)3溶液，以0.5mL/min流速冲洗包覆好的双孔整体柱3h，取出双孔整体柱后在120℃下烘干至恒重，在600℃高温煅烧4h。重复抽滤至焙烧这一过程多次至整体柱恒重。以氢氧化钠溶液溶解整体柱的硅胶组分，烘干水分，即得所制备的氧化铁多孔整体式催化剂。
实施例4：
在抽滤瓶中加入一定量蒸馏水，硝酸，正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)，并使四者物质的量之比，H2O∶HNO3∶TEOS∶PEG＝14.7∶0.26∶1.1∶7.0×10-4，冰水浴搅拌并伴随真空抽气1h至其完全溶解。将得到的溶胶缓慢倒入6ml塑料管内，置于40℃恒温水浴中反应36h。取出硅胶柱，浸于0.01M氨水中，120℃水热处理4h，70℃干燥12h，严格控制胶体失水速度，之后于箱式电阻炉内焙烧，以1℃min-1的速率升温至550℃，恒温4h，制得双孔硅胶整体柱。取长度3cm左右的整体柱，置于聚四氟乙烯热缩管内，于180℃反应4h，完成对双孔硅胶整体柱的包覆。用4mol/L Fe(NO3)3溶液，以0.1mL/min流速冲洗包覆好的双孔整体柱2h，取出双孔整体柱后在120℃下烘干至恒重，在600℃高温煅烧4h。重复抽滤至焙烧这一过程多次至整体柱恒重。以氢氧化钠溶液溶解整体柱地硅胶组分，烘干水分，即得所制备的氧化铁多孔整体式催化剂。