Al-SBA-15介孔材料的合成、表征及催化性能研究

摘要

介孔材料具有较大表面积和孔容、可控的孔径、较窄的孔径分布等特性，因而具有广泛的潜在应用领域，如吸附、分离、催化、药物输送、光子及电子设备等。但纯硅的介孔材料缺乏活性中心、且热稳定性较差，使其应用受到了一定的限制。因此，在纯硅介孔材料中引入杂原子是提高其活性的一个重要途径。其中，Al掺杂改性介孔材料(如Al-MCM-41、Al-SBA-15)具有较多的酸性中心、较好的水热稳定性，受到学术界的广泛关注。相对于Al-MCM-41介孔材料而言，Al-SBA-15更容易合成、并具有更大的孔径、更厚的孔壁和更好的水热稳定性，因而更适合催化反应底物为大分子的反应。
　　 另一方面，2，4-二叔丁基苯酚和肉桂醇发生付克烷基化反应，生成的苯乙烯基苯酚类化合物是一种重要的有机合成中间体，可与环氧乙烷、氨基磺酸等物质发生反应而生成一系列化合物，这些产品被广泛应用于化工、农药等领域。而Al-SBA-15在付克烷基化反应中有较好的催化活性，因此，研究Al-SBA-15对2，4-二叔丁基苯酚和肉桂醇付克烷基化反应具有重要的实用意义和学术价值。
　　 本论文以三嵌段共聚物P123为模板剂、正硅酸乙酯为硅源，分别以异丙醇铝、氯化铝为铝源，采用直接水热合成法制备了Al-SBA-15介孔材料，利用XRD、N2吸附-脱附、TEM、SEM、FT-IR、NH3-TPD、ICP和Py-IR等手段对其结构和组成进行了表征，研究其在2，4-二叔丁基苯酚和肉桂醇的烷基化反应中的催化性能，分别较详尽地考察了合成过程中诸多因素对其结构和性能的影响，在本论文研究条件下，主要结论如下：
　　 1.以异丙醇铝为铝源合成Al-SBA-15介孔材料：在晶化前驱液恒温40℃、投料中Si/Al摩尔比为40、110℃晶化2 d的条件下所制备样品结构完整性最佳、催化性能也最好。
　　 2.以氯化铝为铝源合成Al-SBA-15介孔材料：在晶化前驱液恒温40℃、投料中Si/Al摩尔比为50、110℃晶化2 d条件下所制备样品具有最好的介孔结构；催化性能评价结果表明，在相同条件下，投料中Si/Al摩尔比为40样品表现出最好的催化性能。
　　 3.对比两种铝源所制备的Al-SBA-15样品结构和催化活性上的差异，发现以异丙醇铝为铝源时所合成的介孔材料催化活性较好，而以氯化铝为铝源时所制得样品的晶相及介孔结构较好，这主要是源于硅源和铝源的水解速度匹配性的差异和制备过程中由于溶液的酸度不同等影响Al的掺杂效果，进而影响其结构和催化性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 介孔材料合成方法

1.2.1 水热合成法

1.2.2 室温合成法

1.2.3 溶胶-凝胶合成法

1.2.4 微波合成法

1.3 介孔材料合成机理

1.3.1 液晶模极机理

1.3.2 电荷密度匹配机理

1.3.3 协同作用机理

1.3.4 棒状自组装模型

1.4 介孔材料在催化方面的应用

1.4.1 酸催化反应

1.4.2 氧化还原反应

1.4.3 聚合反应催化

1.52,4-二叔丁基苯酚和肉桂醇的付克烷基化反应

1.6 论文工作的提出及研究内容

第二章 实验条件和测试手段

2.1 实验药品和仪器

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.2 材料的表征方法

2.2.1 X-射线衍射(XRD)

2.2.2 比表面和孔结构测定

2.2.3 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

2.2.4 透射电镜(TEM)

2.2.5 扫描电镜(SEM)

2.2.6 吡啶吸附的红外光谱(Py-IR)

2.2.7 氨气程序升温脱附(NH3-TPD)

2.2.8 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)

第三章 以异丙醇铝为铝源合成Al-SBA-15及性能研究

3.1 Al-SBA-15样品的制备

3.1.1 不同前驱反应温度系列Al-SBA-15样品的制备

3.1.2 不同nSi/nAl系列Al-SBA-15样品的制备

3.1.3 不同晶化时间系列Al-SBA-15样品的制备

3.1.4 不同晶化温度系列Al-SBA-15样品的制备

3.2 材料催化性能研究

3.2.1 催化反应

3.2.2 气相色谱分析

3.2.3 标准曲线

3.3 结果与讨论

3.3.1 不同前驱溶液反应温度对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

3.3.2 不同nSi/nAl摩尔比对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

3.3.3 不同品化时间对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

3.3.4 不同品化温度对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

3.4 Al-SBA-15催化剂性能个案研究

3.5 本章小结

第四章 以氯化铝为铝源合成Al-SBA-15及性能研究

4.1 Al-SBA-15样品的制备

4.2 结果与讨论

4.2.1 不同前驱溶液反应温度对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

4.2.2 不同nSi/nAl摩尔比对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

4.2.3 不同品化时间对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

4.2.4 不同品化温度对Al-SBA-15介孔材料结构和性能的影响

4.3 Al-SBA-15催化剂性能个案研究

4.4 本章小结

附：不同铝源对Al-SBA-15材料的结构和性能影响讨论

参考文献

个人简历和在学期间发表的学术论文

致谢