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有序超微孔氧化硅、硅铝酸盐材料的合成与性质表征

作　者: 孙元元
导　师: 韩书华
学　校: 山东大学
专　业: 胶体与界面化学
关键词: 超微孔材料 低聚表面活性剂 模板剂 硅铝酸盐 二氧化硅
分类号: TB383.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


沸石分子筛、介孔分子筛等多孔材料已经广泛的应用于石油化工、工业催化、吸附分离、环境保护、医药载体和主客体化学等领域。但微孔沸石分子筛较小的孔径(<1.2 nm)限制了其在大分子催化反应上的进一步应用；而介孔分子筛材料的孔径在2～50 nm之间,对于大多数动力学尺寸小于2.0 nm的催化反应产物很难显示其择形催化的优越性,因此合成孔径尺寸在1.0-2.0 nm范围之间的超微孔分子筛成为解决上述问题的理想材料。本论文的主要结论如下：1.以三聚季铵盐阳离子表面活性剂C10-2-10-2-10为模板剂,TEOS为硅源在碱性条件下合成了具有二维六方结构的高度有序超微孔二氧化硅材料,孔径在1.8nm左右。改变C10-2-10-2-10浓度发现超微孔结构的有序性随着表面活性剂浓度的增加而增加,同时,相邻孔道中心的距离和最可几孔径也相应随表面活性剂浓度的增加而增加。此外,改变水热合成的温度发现,80℃得到的超微孔二氧化硅材料有序性最高,随水热温度由低到高的变化,超微孔二氧化硅的孔径略有增加。选取单体表面活性剂十烷基三甲基溴化铵和更短链的三聚表面活性剂C8-2-8-2-8合成超微孔二氧化硅材料,实验结果显示,三聚表面活性剂C10-2-10-2-10能够在更低的浓度下组装无机前驱体得到有序的超微孔结构,表现出对无机前驱体很强的调控能力。2.分别用BJH方法、几何方法和HRTEM方法计算超微孔二氧化硅的孔径,得到了不同的孔径值。BJH方法根据所用表面活性剂C10-2-10-2-10的链长计算所得材料孔径,其值接近由HRTEM图所得到的孔径值(1.8 nm)。因此在这里是相对比较合理的孔径计算方法。相比较而言,用几何方法计算得到的超微孔二氧化硅材料的孔径值偏大。用αs方法计算得到的比表面积在910-1,135 m2／g之间。3.以三聚表面活性剂C10-2-10-2-10为模板剂合成了高度有序高铝含量的二维六方结构超微孔硅铝酸盐材料。当Si/Al摩尔比增加时,样品的超微孔结构有序性逐渐升高,其中当Si/Al=9.5时,样品有序性最高。当Si/Al摩尔比为3时,样品结构仍保持较高的有序性。同时,当铝含量增加时,BET比表面积与孔体积随之降低,最可几孔径DBJHads也不断减小。改变水热合成的温度发现,高水热温度有利于超微孔硅铝酸盐材料有序性的提高。样品的27Al MAS NMR谱图表明,硅铝酸盐材料孔壁中同时含有四配位和六配位铝。毗啶吸附样品的DRIFT谱图表明样品同时具有Br(?)nsted酸性位和Lewis酸性位。采用程序升温脱附环己胺方法定量测定了样品的酸含量,发现所制备超微孔硅铝酸盐材料具有较高的酸含量,酸含量在0.75-1.07 mmol H+／g之间。4.用具有中长连接基团的Gemini表面活性剂C12-4-12做模板剂合成了高铝含量(Si/Al摩尔比达到3)、二维六方结构的有序超微孔硅铝酸盐材料。这为用具有新型结构的表面活性剂合成超微孔材料提出了新的方向。

全文目录


目录  4-6
CONTENTS  6-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-12
第一章 绪论  12-43
  1.1 有序介孔材料  12-32
    1.1.1 有序介孔材料的定义和特征  12-15
    1.1.2 有序介孔材料的合成  15-18
    1.1.3 有序介孔材料的合成机理  18-19
    1.1.4 有序介孔材料的结构及性质表征  19-27
    1.1.5 有序介孔硅铝酸盐材料  27-29
    1.1.6 有序介孔材料的应用  29-32
  1.2 有序超微孔分子筛  32-37
    1.2.1 超微孔分子筛的定义  32
    1.2.2 超微孔分子筛的合成途径  32-36
    1.2.3 有序超微孔材料的发展方向  36-37
  1.3 合成有序介孔、超微孔材料的模板剂  37-41
    1.3.1 阳离子型表面活性剂  37-38
    1.3.2 阴离子型表面活性剂  38-39
    1.3.3 非离子型表面活性剂  39-40
    1.3.4 低聚表面活性剂  40-41
  1.4 本课题研究的目的、意义和创新点  41-43
第二章 以低聚表面活性剂聚集体为模板合成有序超微孔氧化硅材料  43-69
  2.1 引言  43-44
  2.2 实验部分  44-46
    2.2.1 原料和试剂  44
    2.2.2 低聚表面活性剂C_(8-2-8-2-8)、C_(10-2-10-2-10)和C_(12-4-12)的合成  44-45
    2.2.3 有序超微孔氧化硅的合成  45-46
    2.2.4 样品表征  46
  2.3 结果与讨论  46-67
    2.3.1 以C_(10-2-10-2-10)为模板剂合成超微孔氧化硅材料  46-49
    2.3.2 C_(10-2-10-2-10)/TEOS摩尔比对所得超微孔氧化硅材料结构的影响  49-54
    2.3.3 不同水热温度对合成超微孔材料结构的影响  54-59
    2.3.4 用硅酸钠做无机前驱体合成超微孔氧化硅材料  59-65
    2.3.5 不同模板剂对所得超微孔氧化硅材料结构的影响  65-67
  2.4 结论  67-69
第三章 以低聚表面活性剂聚集体为模板合成有 #58序超微孔硅铝酸盐材料  69-95
  3.1 引言  69-70
  3.2 实验部分  70-73
    3.2.1 原料和试剂  70
    3.2.2 低聚表面活性剂C_(10-2-10-2-10),C_(8-2-8-2-8)和C_(12-4-12)的合成与表征  70-71
    3.2.3 合成方法  71
    3.2.4 质子化样品的制备  71-72
    3.2.5 样品表征  72-73
  3.3 结果与讨论  73-93
    3.3.1 以C_(10-2-10-2-10)为模板剂制备超微孔硅铝酸盐材料  73-79
    3.3.2 以C_(8-2-8-2-8)为模板剂制备超微孔硅铝酸盐材料  79-82
    3.3.3 超微孔硅铝酸盐材料的酸性  82-86
    3.3.4 以C_(12-4-12)为模板剂制备超微孔硅铝酸盐材料  86-93
  3.4 结论  93-95
第四章 结论  95-97
参考文献  97-108
致谢  108-109
硕士期间发表论文情况  109-110
附录  110-117
学位论文评阅及答辩情况表  117

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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