一种层状纳米花颗粒及其制备方法、Pickering水相催化体系及其制备方法与流程

本发明涉及多相催化，具体涉及一种层状纳米花颗粒及其制备方法、pickering水相催化体系及其制备方法。

背景技术：

1、绿色化学/化工技术对经济、资源和环境的可持续发展具有重要意义。催化材料和绿色催化新技术为可持续化学和化工的发展提供了强有力的推动力。然而，常见催化体系经常涉及到水-有机两相体系，其在热力学上倾向于减小相界面，造成反应底物之间/反应底物与催化剂之间接触困难，催化反应难于进行。已有工作显示，添加共溶剂、表面活性剂等方法可有效提高两相催化效率，但额外添加剂的加入会给产品的分离纯化带来新的困难和挑战。因此，寻求一种更加简单、高效、绿色的两相催化反应新策略成为了绿色化学/化工领域的一个重点方向。

2、在2010年，resasco和qiu首次开创了pickering乳液催化技术，可以在无需其它添加剂的情况下，将反应界面增大3个数量级以上，极大地促进了反应底物的扩散传质，从而提高了反应速率，为发展绿色高效的两相催化反应带来了新机遇。同时，催化颗粒可通过简单的固液分离即可回收利用。然而，作为新兴反应体系，其催化效率和选择性较低，探索提升pickering乳液体系催化效率和选择性的新方法成为了两相催化领域长期追求的目标。

3、乳化催化颗粒的几何因素是影响pickering乳液体系催化效率和选择性的主要因素之一。因此，制备高效、绿色pickering水相催化反应体系，可通过以下方式实现：设计制备各向异性颗粒，创造前所未有的乳化状态，在微米尺度层面(液滴形态、尺寸和间距)，精准匹配液/液接触界面及水/油内外界面反应微区，从而调控催化过程，提升催化效率和选择性。

4、层状纳米花是一类新近发展的各向异性纳米粒子，因其制备方法简单，高稳定性，高比表面积和特殊的褶皱结构能促使金属颗粒高效分散和暴露，在催化领域备受关注。同时，各向异性颗粒具有更高的分离能量和毛细作用力，可以更强烈地吸附在油水界面，强化pickering乳液反应过程的稳定性，提升体系催化效率和选择性。此外，随着“绿色化学”概念逐渐深入人心，开发绿色和可持续的催化/乳化颗粒用于构建pickering水相催化反应体系显得至关重要。木质纤维素、淀粉、蛋白质等生物质基聚合物因来源丰富、价格低廉、可再生、生物相容性好、无毒性等优点，在未来设计制备绿色、高效的催化/乳化颗粒中极具潜力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种层状纳米花颗粒及其制备方法、pickering水相催化体系及其制备方法

2、本发明的技术解决方案如下：

3、本发明的第一方面提供一种层状纳米花颗粒的制备方法，包括以下步骤：

4、将超纯水和氯化银混合均匀，得到氯化银溶液；

5、将木质素溶解在水中，得到木质素溶液；

6、将氯化银溶液和木质素溶液分别以一定速率滴加到反应容器中，加热反应一段时间，离心，冷冻干燥，得到层状纳米花颗粒。

7、优选地，所述氯化银溶液浓度为0.1～0.4mmol/l，所述木质素溶液浓度为0.1～0.4mmol/l。

8、优选地，所述氯化银溶液和木质素溶液分别以1～4ml/min的速率滴加到所述反应容器中。

9、优选地，所述加热温度为25～100℃，加热反应时间为20～80min。

10、本发明的第二方面提供采用上述方法制备得到的层状纳米花颗粒。

11、本发明的第三方面提供一种pickering水相催化体系的制备方法，包括以下步骤：

12、将层状纳米花颗粒溶解在超纯水中，形成层状纳米花颗粒溶液；向所述层状纳米花颗粒溶液中加入反应物，高速剪切一段时间，获得pickering水相催化体系。

13、优选地，所述层状纳米花颗粒溶液的浓度为10～40mg/ml。

14、优选地，所述反应物为硝基苯，所述层状纳米花颗粒溶液和硝基苯的体积比为5～15：1.5～2。

15、优选地，所述高速剪切的速率为1000～14000rap/min，剪切时间为1～4min。具体地，剪切速率可以为1000，5000，10000和14000rap/min；剪切时间可以为1，2，3和4min。

16、优选地，将pickering水相催化体系在一定温度下，反应一段时间，利用分光光度计测试催化效率。更优选地，反应温度为25～80℃，反应时间为10～40min。具体地，反应温度可以为25，40，60和80℃，反应时间可以为10，20，30和40min。

17、本发明第四方面提供一种pickering水相催化体系，采用上述方法制得。

18、本发明以木质素为还原、导向和稳定剂，氯化银为前驱体，设计制备不同形态结构的层状纳米花(秀球状、向日葵状和冰花状等)。随后，以上述颗粒为催化乳化颗粒，调控其在液滴表面的自组装行为，构建特殊乳化状态的稳定pickering乳液。在此基础上，以硝基苯水相加氢为例，明确催化剂形态、乳液乳化状态、液滴形态、尺寸和间距与催化效率和催化选择性间的内在联系，揭示几何因素对pickering乳液催化反应机制影响的一般科学规律。

19、本发明至少具有以下有益效果之一：

20、1、本发明以具有良好两亲性的三维网状结构木质素分子为载体，与agcl合成高各向异性层状纳米花，能够有效阻止负载其内的金属粒子团聚和突释，可提升颗粒的催化及乳化活性。本发明设计合成高各向异性层状纳米花，提升颗粒在油水界面的毛细作用力和分离能量，可进一步强化反应过程中乳液稳定性。同时，纳米花的高稳定性，高比表面积以及特殊的褶皱结构能促使金属粒子高效分散和暴露，又可进一步增加颗粒催化活性。

21、2、本发设计合成不同微观结构的层状纳米花颗粒(绣球状、向日葵状和冰花状等)，调控其在液滴表面的自组装行为，可发展一种构建特殊乳化状态pickering乳液的新方法。本发明明确了颗粒形态、乳液乳化状态、液滴微观形貌、尺寸和间距与催化效率和选择性间的内在联系，可丰富几何因素对pickering乳液催化反应机制影响的相关理论和科学规律，为构建高效pickering乳液催化体系提高必要的理论指导。

技术特征：

1.一种层状纳米花颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种层状纳米花颗粒的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种层状纳米花颗粒的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种层状纳米花颗粒的制备方法，其特征在于，

5.一种层状纳米花颗粒，其特征在于，根据权利要求1～4任一所述的一种层状纳米花颗粒的制备方法制得。

6.一种pickering水相催化体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种pickering水相催化体系的制备方法，其特征在于，所述层状纳米花颗粒溶液的浓度为10～40mg/ml；所述反应物为硝基苯，所述层状纳米花颗粒溶液和硝基苯的体积比为5～15：1.5～2。

8.根据权利要求6所述的一种pickering水相催化体系的制备方法，其特征在于，所述高速剪切的速率为1000～14000rap/min，剪切时间为1～4min。

9.根据权利要求6所述的一种pickering水相催化体系的制备方法，其特征在于，还包括将所述pickering水相催化体系在25～80℃下反应5～40min。

10.一种pickering水相催化体系，其特征在于，采用权利要求6～9任一所述的一种pickering水相催化体系的制备方法制得。

技术总结本发明公开了一种层状纳米花颗粒及其制备方法、Pickering水相催化体系及其制备方法，涉及多相催化技术领域，层状纳米花颗粒的制备方法包括：将氯化银溶液和木质素溶液分别以一定速率滴加到反应容器中，加热反应，离心，冷冻干燥，得到层状纳米花颗粒。Pickering水相催化体系的制备方法包括：将层状纳米花颗粒溶解在超纯水中，形成层状纳米花颗粒溶液；向所述层状纳米花颗粒溶液中加入反应物，高速剪切，获得Pickering水相催化体系。本发明的有益效果是合成高各向异性层状纳米花，提升颗粒在油水界面的毛细作用力和分离能量，强化反应过程中乳液稳定性，提高Pickering水相催化体系的催化效率。技术研发人员：陈凯,杨丽华受保护的技术使用者：现代纺织技术创新中心（鉴湖实验室）技术研发日：技术公布日：2024/11/14