钛铸型锰氧微孔复合材料的合成研究

摘要

本研究论文主要包括综述和实验两大部分。第一章综述部分主要论述了多孔性锰氧结晶化合物的结构特征、合成方法、性质、应用领域以及发展前景。实验部分(第二、三章)介绍了以层状氧化锰为前驱体、TiO2作为铸型剂合成钛铸型锰氧化物微孔材料的研究，包括合成条件的优化以及反应条件的改变对钛铸型锰氧微孔复合材料性质的影响。 应用氧化沉淀法制备了钠离子型层状锰氧化物(Na-Birnessite)，钠离子型层状锰氧化物在酸性溶液中通过离子交换反应转换为氢离子型层状锰氧化物(H-Birnessite)。以H-Birnessite作为前驱体，分别研究了其与钛阳离子、钛溶胶粒子、有机十二胺的插入反应。结果证明，氢型层状氧化锰不能与钛阳离子或钛溶胶粒子发生离子交换反应。十二烷基胺以离子交换机理插入到层状锰氧化物层间，得到了有机胺插入的层状氧化锰。以十二胺插入的层状锰氧化物为中间反应物，分别研究了其与钛阳离子和钛溶胶粒子的插入反应。十二胺插入的层状氧化锰在钛阳离子溶液或钛溶胶中均能够发生离子交换反应，但反应生成产物不同。在钛阳离子溶液中的反应产物转变成前驱物H-Birnessite层状结构，而与钛溶胶粒子的交换反应生成了新相层状锰氧化物，但所得产物的结晶性差。另一方面，将十二胺膨润的层状锰氧化物在异丙醇钛和乙醇混合溶液中处理，所得悬浮液在压力溶弹中50℃溶剂热处理48h，得到了钛酸预铸型的层状锰氧化物。该钛酸预铸型的产物在空气中300℃条件下焙烧2h，得到了二氧化钛铸型氧化锰微孔材料。该微孔材料保持了层状结构，其比表面积为140m2/g，层间距为0.95nm。应用不同浓度的异丙醇钛/乙醇溶液，考察了异丙醇钛浓度对二氧化钛铸型微孔产物的影响。采用XRD，DSC-TGA，SEM，TEM，IR，N2吸附-脱附实验及元素分析等手段对所合成的微孔材料进行了表征。 在制备了二氧化钛铸型氧化锰微孔材料的基础上，系统讨论了合成反应条件对生成产物二氧化钛铸型氧化锰微孔材料性质的影响。采用丁胺、辛胺、十二胺等不同链长的有机胺作为预柱撑剂，合成了不同层间距的有机胺插入的层状氧化锰，结果表明其层间距随有机胺链长的增加而增大。将这些不同层间距的有机胺膨润层状锰氧化物浸入到异丙醇钛的乙醇溶液中，在相同温度下溶剂热处理，得到的钛酸预铸型产物的层间距几乎相等，而与有机胺插入中间体的层间距大小无直接关系。通过改变溶剂热处理温度探讨了溶剂热温度对合成产物结晶性和热稳定性的影响。结果表明不同温度溶剂热处理条件下所得产物均具有层状构型，但所得产物的层间距随着溶剂热处理温度的升高而增大。合成得到的钛酸预铸型层状锰氧化物层状结构能稳定到300℃，高于此温度层状结构即被破坏。目标产物的层间距、最大钛插入量和热稳定性主要与中间产物烷基胺插入的层状锰氧化物的含水量有关。在讨论了这些影响因素的基础上，实现了钛铸型锰氧化物微孔材料的最佳可控合成。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章二氧化钛铸型氧化锰微孔材料的合成

第三章合成条件对二氧化钛铸型氧化锰微孔材料的影响

第四章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果