大孔径SBA-15分子筛的合成研究

摘要

介孔分子筛作为催化剂、吸附剂的使用,以及作为非线性光学材料、纳米电子导线、纳米材料等前沿材料使用的基础体现在它的孔道结构、孔径尺寸和孔容三个方面。因此国内外的化学家们对介孔分子筛的孔径大小、孔道形状、拓扑结构等的研究非常的感兴趣,其中调变孔径的大小就是他们最热衷的研究之一。介孔分子筛SBA-15由于具有较高的比表面积和可以调节的孔径,在过去的短短十几年中便引起了越来越多的人的注意。对于SBA—15分子筛来说,研究者们所关注的问题是如何制备出具有大孔径、高度有序且具有较大比表面积的SBA—15分子筛。增大SBA-15分子筛的纳米孔径尺寸,不但可以使它对生物大分子、金属氧化物和金属团簇等大体积功能基团选择性进入孔道的范围扩大,使反应物和溶剂分子在孔道中的扩散更容易,还可以更大范围地达到分子级别的筛分,更好的实现其应用价值。
　　 大孔径的SBA-15介孔分子筛在大分子吸附、分离以及大分子酶的固定化和催化转化反应方面都有很好的应用价值。所以本实验旨在以往SBA-15分子筛合成研究的基础上,通过双模板剂法、两步溶胶一凝胶法以及添加助剂法来合成具有大孔径的SBA-15分子筛,同时考察了不同方法中反应物的配比和不同晶化温度、焙烧温度对孔径大小的影响。并应用X-射线粉末衍射(XRD)、氮气物理吸附、透射电镜(TEM)和傅立叶红外光谱(FT—IR)分析手段对合成样品进行了表征与分析。主要结果和结论如下:
　　 首先,采用单一模板剂三嵌段共聚物PEO20—PPO70-PEO20(P123),硅源为正硅酸乙酯,在酸性环境中,水热晶化合成SBA-15分子筛,XRD和TEM分析结果证明合成的SBA-15样品为二维(p6mm)六方相介孔结构。氮气物理吸附分析结果表明合成的SBA-15介孔分子筛的孔径为7.789nm、孔容为1.287cm3g-1、比表面积为878.2m2g-1。此实验将作为对比实验在后续的研究中使用。
　　 第二,采用双模板剂法(P123和F127)合成大孔径的SBA-15介孔分子筛,同时考察了反应物的配比和不同晶化温度以及焙烧温度对SBA-15介孔分子筛孔径大小的影响,通过实验找出了最佳模板剂配比为n(F127):n(P123)=0.0065。当晶化温度为110℃,焙烧温度为550℃时合成的SBA-15样品有序性最好。而改变焙烧温度并不能扩大孔径。采用双模板剂法合成的SBA-15介孔分子筛比单一模板剂合成的孔径要大,接近10nm,而且孔容增大,但表面积稍微有些下降。通过与单一模板剂合成样品的比较可知,双模板剂法能有效地扩大SBA-15分子筛的孔径。
　　 第三,采用两步溶胶-凝胶的方法合成具有大孔径的SBA-15分子筛,同时考察了二甲苯和氨水的加入量对合成SBA-15分子筛孔径大小的影响,当原料的物质的量之比为1.0 TEOS:0.01 P123:5.88 HCl:136 H2O:0.03(二甲苯):0.5(氨水)时合成的SBA-15分子筛平均孔径为9.498nm,比单一模板剂合成的样品孔径要大。但这种方法合成的样品比表面积和孔容都有些许的下降。
　　 最后,采用添加助剂的方法合成SBA-15分子筛,同时考察了反应物的配比和不同晶化温度对SBA-15分子筛孔径大小的影响。当晶化温度为110℃,原料的物质的量之比为1.0 TEOS:0.01 P123:5.88 HCl:136 H2O:0.06(乙二胺)时合成的样品有序度较高,但与单一模板剂合成的样品比较,孔径没有扩大,孔容与比表面积略有下降。
　　 通过大量的实验证明采用双模板剂法(P123和F127)不仅可以扩大SBA-15分子筛样品的孔径,而且孔容增大,有序性好。两步溶胶.凝胶法也可以使样品的孔径扩大,但有序性差。而添加助剂乙二胺法合成的样品的孔径并没有增大。

目录

文摘

英文文摘

引言

1 文献综述

1.1 研究背景和意义

1.2 无机介孔材料的研究概况

1.2.1 介孔材料的定义与分类

1.2.2 介孔材料的制备方法及机理

1.2.3 无机介孔材料的扩孔方法及简单机理

1.2.4 介孔材料的应用及应用前景

1.3 介孔分子筛SBA-15的研究概况

1.3.1 介孔分子筛SBA-15的结构及性质

1.3.2 介孔分子筛SBA-15的合成方法及机理

1.3.3 介孔分子筛SBA-15的扩孔研究

1.3.4 介孔分子筛SBA-15的应用与应用前景

1.4 本课题的选题意义及主要内容

2 单一模板剂合成SBA-15介孔分子筛

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要实验试剂

2.2.2 主要实验仪器

2.2.3 介孔分子筛SBA-15的合成

2.2.4 样品表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 XRD分析

2.3.2 红外光谱谱图(FT-IR)分析

2.3.3 透射电镜(TEM)

2.3.4 氮气物理吸附分析

2.4 本章小结

3 双模板剂法合成大孔径的SBA-15介孔分子筛

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要实验试剂和实验仪器

3.2.2 合成方法

3.2.3 样品表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 不同模板剂配比的影响

3.3.2 晶化温度的影响

3.3.3 焙烧温度的影响

3.3.4 与单一模板剂合成的SBA-15分子筛比较分析

3.4 本章小结

4 两步溶胶-凝胶法合成大孔径的SBA-15分子筛

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要实验试剂和实验仪器

4.2.2 合成方法

4.2.3 样品表征

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 添加助剂法合成大孔径的SBA-15分子筛

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 主要实验试剂和主要实验仪器

5.2.2 合成方法

5.2.3 样品表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 乙二胺的加入量的影响

5.3.2 晶化温度的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢