MFI型分子筛在VOCs去除领域的研究进展

挥发性有机物(VOCs)的排放对自然环境和人类健康造成了严重危害,开展VOCs治理研究工作刻不容缓。常见的VOCs治理方法主要有吸附法、生物法、吸收法、冷凝法和催化燃烧法等。针对工业生产中VOCs浓度低、风量大、温度低等特点,吸附+催化处理工艺近年来受到广泛关注。吸附净化技术的核心是吸附剂。目前,常见的吸附材料主要有活性炭、硅胶、分子筛等,由于工业VOCs中含水的特点以及材料本身的性质,MFI型分子筛凭借其独特的孔道结构和可调的硅铝比等优势在VOCs去除领域应用较为广泛。MFI型分子筛按其元素组成可分为ZSM-5、Silicalite-1和TS-1。吸附剂的孔道结构和表面性质决定其对VOCs的吸附效果。在工业净化过程中,VOCs含水问题极大地减弱了分子筛的吸附性能。因此,近年来除研究提高分子筛对VOCs的饱和吸附量外,研究者们还对工业VOCs中含水问题进行了深入的研究,目前常见的疏水改性方法主要有提高分子筛的硅铝比和表面硅烷化两种改性方式。MFI型分子筛作为催化剂载体,其活性组分和载体共同决定了负载型催化剂对VOCs的去除情况。复合活性组分、载体结构以及优异的催化剂制备方法均能够提高其催化氧化VOCs的性能。本文归纳了近年来MFI型分子筛在VOCs去除领域的主要研究成果和进展,分别对MFI型分子筛的结构性质及其在吸附和催化氧化VOCs方面的应用进行了介绍,分析了其在吸附和催化领域中面临的问题,最后针对工业源VOCs的排放特征,对MFI型分子筛的应用前景进行了分析与展望。     

介孔氧化硅分子筛吸附性能研究进展

介孔氧化硅分子筛具有比表面积高、孔容大、孔道介孔化及表面硅羟基丰富的特点,通过功能化改性,被广泛应用于吸附法治理环境问题。从吸附过程影响因素、吸附机理、吸附性能及吸附剂结构出发,概述了介孔氧化硅分子筛在吸附无机物(重金属离子和CO₂)和有机化合物(有机染料、硫化物和挥发性有机物)方面的最新研究进展。分析表明,吸附性能主要由氧化硅结构类型和改性条件决定,制备高选择性吸附剂、提高吸附剂可复用性及开发吸附成套工艺将是未来的发展趋势。     

MCM-41介孔分子筛和纳米TiO2/MCM-41的合成与结构表征

以工业水玻璃为硅源,表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为结构模板剂,利用室温晶化法合成出MCM-41介孔分子筛,并以钛酸丁酯为前驱体,通过溶胶凝胶法及液相沉积法对介孔分子筛MCM-41进行纳米TiO2的组装。运用XRD、FT-IR、N2吸附-脱附等表征手段对其结构特征和氧化钛分散状态进行了研究,结果表明：TiO2与MCM-41端基硅氧键反应形成Ti-O-Si键;纳米TiO2不仅进入孔道,较均匀地修饰了介孔分子筛MCM-41的孔壁,而且使介孔分子筛MCM-41仍保持有序的孔道结构。     

有序介孔材料与分子筛ZSM-5上甲苯吸附特性的研究

挥发性有机物(Volatile organic compounds, VOCs)对人类身体健康和自然生态环境都存在一定的威胁,控制VOCs排放势在必行。吸附法因在处理VOCs时具有低成本、操作简便和处理效率高等优点而受到广泛关注。非碳基的分子筛材料不仅具有与活性炭相近的VOCs吸附容量,同时克服了活性炭加热再生时的着火、爆炸等安全问题,是十分具有潜力的吸附剂材料。吸附剂的比表面积和孔道结构对其VOCs吸附性能有着重要的影响。在本工作中,以甲苯为探针分子,通过测定不同有序介孔材料与传统微孔沸石分子筛ZSM-5的动态吸附曲线,并结合Yoon-Nelson方程,探究吸附剂的结构参数对其VOCs吸附性能的影响。实验结果表明,样品的甲苯吸附容量受到样品中微孔的影响,而样品的甲苯吸附速率常数则主要受到样品总孔容和孔径的影响。     

有序介孔炭合成、改性及其对汞离子的吸附性能

以有序介孔硅基材料(SBA-15)为模板,内烯酸低聚物为前驱物合成有序介孔结构的炭材料(OMC),并以化学方法将含氮基官能闭嫁接在有序介孔炭的表面.利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附(BET)对介孔炭进行表征.结果表明:表面改性后有序介孔炭的结构发生一定变化,但孔道特征仍保持二维六方有序性.合成的有序介孔炭及经乙二胺表而改性后胺化有序介孔炭的比表而积、平均介孔直径、平均孔容积分别为607 m2/g,4.1 nm,0.62 cm3/g和558 m2/g,3.8 nm,0.58cm3/g.对有序介孔炭及改性有序介孔炭进行的汞吸附实验,发现表面改性前后有序介孔炭对Hg(II)的吸附性能发生显著变化.嫁接胺基功能团后,其吸附容量增加一倍,表明胺基改性的OMC对汞有亲和作用.     

Pm3n结构硅基介孔材料合成与应用研究进展

与2D六方相结构相比,Pm3n结构硅基介孔材料因具有独特的3D含笼孔道结构,更有利于客体分子的扩散和传递而在催化、吸附和药物传递等领域显示出了更为广泛的应用前景。综述了近年来Pm3n结构硅基介孔材料的研究进展,探讨了其在不同体系中的研究现状以及在催化和吸附等领域的应用,并对今后的发展进行了展望。     

介孔材料可控合成及在核工业中的应用研究进展

介绍了介孔材料可控合成方法及研究进展,综述了介孔材料在核工业中的应用,如用于放射性核素的吸附、分离和废物固化等,并对介孔材料控制合成和应用前景进行了展望。提出应对介孔材料进行孔道结构及形貌控制合成、修饰或功能化研究,制备具有短孔道特殊形貌的介孔材料,提高其吸附性能和选择性;寻求更经济可行的合成路线,降低介孔材料的生产成本,逐步实现产业化;深入研究可控合成机理及介孔材料对放射性核素的吸附机理。     

无机模板法制备多孔炭的研究进展

对无机模板法制备多孔炭材料的研究进展进行了综述,详细介绍了近年来沸石分子筛、介孔分子筛、无序中孔硅和天然粘土等无机材料作模板制备多孔炭的研究概况,并对其优缺点和应用前景进行了评述.无机模板法制备的多孔炭孔道均一、孔道结构排列有序,具有极高的应用价值.     

功能化SBA-15介孔材料的制备及其吸附性能研究

硅基介孔材料因其特有的特性,被用于去除废水中重金属离子的吸附剂.为了提高对目标污染物的吸附容量, 本文采用一步法和两步法制备了氨基或巯基功能化SBA-15介孔材料,利用傅里叶红外光谱仪、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和氮气吸附脱附表征测试了材料的化学组成、微观形貌和物相结构.测试结果显示经功能化处理后的样品成功地接枝氨基或巯基功能基团.研究发现,经功能化处理后,材料的骨架结构及介孔孔道均未被破坏,但有序性下降且出现少许团聚,物性参数也有一定程度下降,功能化材料对Zn²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺和Cu²⁺的吸附率均有大幅度提高.经氨基或巯基功能化后,SBA-15介孔材料对水体中重金属离子的吸附率有很大提高,但一步法制备的功能化硅基介孔材料因模板剂去除不彻底而影响了对重金属离子的吸附效率,两步法制备的功能化硅基介孔材料对重金属离子的吸附效果更好,说明本文的功能化硅基介孔材料工艺是可行有效的,但两步法合成的功能化介孔材料具有更好的吸附效果.     

介孔分子筛材料的发展及其研究进展

介绍了介孔分子筛的类型、特性及发展,包括硅基和非硅基介孔分子筛,各种含过渡金属原子和负载有金属及其络合物的介孔分子筛。论述了合成介孔分子筛所用的各类模板剂,如阳离子,阴离子,非离子,双子表面活性剂和混合模板剂以及对合成的介孔分子筛的结构的影响。综述了介孔分子筛的合成方法及研究进展,包括水热合成法、微波和超声合成方法,以及在非水介质中合成介孔分子筛的方法。     

利用双子表面活性剂辅助制备纳米材料和介孔材料的研究进展

纳米材料的特殊结构决定了其具有大的比表面积、高的表面活性等特点,因而在力学、热学、光学、电磁学等方面都具有广泛的应用。以表面活性剂形成的胶束和乳液等为模板制备纳米材料是一种常见的方法,该方法可以大大降低溶剂的表面张力并改变体系的界面组成和结构,已经引起了研究者们的高度重视。有序介孔材料具有规则可调的纳米级孔道,可用作吸附剂、催化剂、催化剂载体或模板。以表面活性剂自组装形成的聚集体为模板合成有序介孔材料由于操作简单,且材料的孔道分布更为均一,因而成为了最常见的制备方法。但目前在纳米材料及介孔材料的制备中,普遍使用传统的单链表面活性剂作为模板剂,由于该种表面活性剂结构单一,因而以其为模板所生成的纳米材料及介孔材料暴露出形貌单一且结构不易调控等缺点。双子表面活性剂由于具有特殊的胶束自组装行为、高的表面活性及分子结构中疏水链段与联结基组成可调等特点,可实现纳米材料更加良好的分散及制备具有独特形貌的纳米材料和介孔材料。根据国内外研究进展,本文从双子表面活性剂在溶液中形成的各种有序聚集体——胶束(反胶束)、囊泡及液晶等角度出发,综述了以其为模板或者微反应器制备纳米材料的研究进展,同时对以双子表面活性剂为稳定剂辅助制备纳米材料的研究进展进行了阐述,并总结了双子表面活性剂辅助制备介孔材料过程中其结构参数变化对介孔材料形貌的影响,最后对双子表面活性剂辅助制备纳米材料及介孔材料的前景进行了展望。     

哈密钾长石合成介孔分子筛及其结构表征

以新疆哈密钾长石为硅源前躯体,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂分别通过高温煅烧与水热法合成了介孔分子筛。采用XRD,SEM,FT-IR,Raman,BET等测试方法表征了两种方法合成的介孔分子筛的微观结构和吸附性能。上述研究结果表明:水热合成法比高温煅烧法合成的介孔分子筛具有较好的微观结构与性能。当其晶化时间为96h,pH为10.5时,合成的介孔分子筛的吸附性能最好。     

GO用量对多级孔分子筛种类及吸附性能影响

以凹凸棒石为硅源,四丙基氢氧化铵(TPAOH)和氧化石墨烯(GO)为模板剂,一步法合成多级孔分子筛,研究GO用量对分子筛种类、孔道结构及吸附性能的影响。通过X射线衍射分析(XRD),扫描电镜(SEM),比表面积及孔径分析仪(BET)表征合成产物种类、形貌和孔道结构。结果表明:GO用量在5-45 mg,形成了ZSM-11分子筛;当GO用量大于50 mg时,趋于ZSM-5分子筛,大于70 mg时,则破坏了分子筛晶体结构。而当GO用量为50 mg,形成的多级孔ZSM-5分子筛符合准二级动力学方程,比表面积为348.68 m~2/g,介孔占比为46%,对亚甲基蓝(MB)溶液吸附效率最高为95.12%。     

六方棱柱结构介孔氧化硅材料的合成及其机制探讨

在强酸性条件下合成了具有六方棱柱结构的介孔氧化硅ＭＣＭ－４１材料,并通过ＸＲＤ、氮气吸附、ＳＥＭ、ＨＲＴＥＭ等手段对材料性能进行了表征。结果表明：在微米尺度上具有六棱柱结构的ＭＣＭ－４１材料,是由定向规则排列的纳米孔道组成,表面附着硅酸根离子的表面活性剂胶束按照液晶几何构造定向聚集生长,是导致六方棱柱结构介孔材料形貌生成的主要原因。     

新型SiO_2基微/介孔材料的合成及其对集成电路生产中VOCs废气的吸附研究

采用新型SiO2基微/介孔材料为吸附剂,针对集成电路(Integrated Ciruit,IC)产业中废气排放的特点,以丙酮、苯、甲苯为挥发性有机化合物(VOCs)的典型,进行了一系列吸附实验.用气相色谱定时测取VOCs获得动态穿透曲线,就各VOCs分别在SiO2基微/介孔材料、疏水沸石、活性炭3种吸附荆上的吸附以及SiO2基微/介孔材料对3种不同VOCs的吸附进行了研究,同时考察了水蒸汽脱附对该材料吸附性能的影响.实验结果显示,该吸附剂在对VOCs的吸附中较疏水沸石FX-I和活性炭有着明显的优势,主要表现在透过时间的延迟和传质区长度的缩短.     

APTES改性介孔硅的制备及对重金属离子的吸附性能研究

以介孔二氧化硅为原材料,将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性接枝到介孔硅表面,对改性介孔二氧化硅进行表征分析。介孔硅具有较高的比表面积,而APTES中的氨基具吸附重金属功能,使得氨基改性介孔硅吸附重金属离子的功能更强。探讨了介孔硅对重金属的吸附性能,考察氨基功能化介孔硅吸附剂对重金属镉离子(Cd~(2+))、铅离子(Pb~(2+))、铜离子(Cu~(2+))的选择吸附作用。实验结果表明,吸附时间8h以上,介孔硅和改性介孔硅对Cd~(2+)的吸附量分别为0.14、0.15mg/g,对Pb~(2+)的吸附量分别为0.14、0.15mg/g,对Cu~(2+)的吸附量分别为0.13、0.15mg/g;在温度为25℃,震荡时间为24h的条件下,改性介孔硅对Pb~(2+)吸附性能最好,吸附量为0.13mg/g,其次是Cu~(2+)为0.02mg/g,最后是Cd~(2+)为0.01mg/g,说明在3种金属的混合溶液中,改性介孔硅对Pb~(2+)有良好选择吸附性。     

球壳状纳米介孔腔内药物释放特性的分子动力学研究

有序纳米介孔材料的有序性、大的比表面积、孔道均匀等特性使其在药物装载、吸附、释放等方面得到广泛的应用。近年来研究者对介孔材料在药物控释方面的研究主要是通过材料制备、表征以及吸附药物后介孔材料的性能测试等几方面实现的。大多数报道都是采用实验的方法进行研究,关于模拟计算方面的研究很少,力场的选择更是模拟计算的一项挑战。依据介孔材料的独特结构构建了球壳状纳米介孔腔内药物分子释放模型,通过分子动力学的方法计算分析了药物分子的释放特性,重点考察了药物分子大小、溶液环境、介孔腔结构特征对其释放特性的影响。     

介孔分子筛MCM-41的合成方法与晶化条件

介孔材料MCM-41具有规则孔道结构,在多相催化、吸附分离、复合材料、纳米组装等领域有着重要的学术研究与应用价值.其可以通过长链季铵盐、伯胺、双子胺或聚氧乙烯类表面活性剂胶束的模板作用,在多种不同的条件下合成.综述了MCM-41介孔分子筛近年来所取得的进展,介绍和讨论了各种合成工艺方法,归纳和分析了影响其合成的主要因素.     

介孔分子筛/线性酚醛树脂杂化材料的制备及表征

利用水热法合成介孔分子筛(SBA-15),选择KH560对其表面进行修饰后采用原位聚合的方法制备了介孔分子筛/线性酚醛树脂(SBA-15/PF)有机无机杂化材料。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、N2吸附和热失重分析(TGA)等表征手段对杂化材料的制备过程进行跟踪研究。结果表明,KH-560已嫁接到SBA-15的内外表面,线性酚醛树脂分布于介孔分子筛孔道内外,并与SBA-15存在键接作用,形成有机无机互穿网络结构;表面修饰过程对SBA-15有序结构影响较小,而原位聚合会破坏介孔分子筛部分有序结构。     

TEPA-AM修饰的介孔材料吸附CO2性能的研究

将丙烯酰胺(AM)改性的四乙烯五胺(TE-PA)负载到介孔材料孔道内,形成氨基改性的CO2吸附材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气物理吸附-脱附(BET)、红外等方法对样品进行了表征。通过动态吸附法研究了材料的CO2吸附和脱附性能,并与TEPA负载的吸附材料进行了比较。研究结果表明,在制备介孔分子筛MCM-41的过程中得到的一种结构规整度低的材料对TEPA-AM具有较好的分散性能,经过TE-PA-AM修饰的该材料表现出良好的CO2吸附性能,当TEPA-AM负载量达60%,该材料的吸附能力达到159.1mg/g;经过12次循环使用吸附量不下降。