多级孔材料研究进展

多孔材料具有孔隙率高、比表面积大、导热系数低、体积密度小及化学性质稳定等优点,在吸附与分离、催化剂载体、隔热材料、能量储存、传感器等领域拥有广阔的应用前景。基于孔直径的大小可将多孔材料分为三类:孔径大于50nm的大孔材料(Macroporous materials),孔径介于2～50nm的介孔材料(Mesoporous materials)和孔径小于2nm的微孔材料(Microporous materials)。但是,由于孔径的限制,这三类材料的应用均存在一定的局限性。多级孔材料兼具通透性好、孔隙结构发达、体积密度小、比表面积和孔体积大等优点,打破了传统单级孔材料孔结构单一的局限,因此越来越受到研究人员的关注。然而,多级孔材料在制备中仍存在较多问题。例如,其合成过程通常会涉及到两种及两种以上的方法,制备工艺复杂;现有的多级孔材料的制备成本高,孔结构难以控制。因此,研究者们主要从优化多级孔材料的制备工艺以及降低生产成本等方面入手,制备出孔径均一且可控的多级孔材料。多级孔材料主要有大孔-介孔材料(Macro-mesoporous materials)、微孔-介孔材料(Micro-mesoporous materials)以及含有两种或多种不同孔径的介孔-介孔材料(Meso-mesoporous materials)。大孔-介孔材料常见的制备方法有模板法、发泡法、溶胶-凝胶法及熔盐法等;微孔-介孔材料的主要制备方法有化学活化法、模板法和水热法等;介孔-介孔材料的制备方法主要有水热法、模板法、溶胶-凝胶法及自组装法等。本文综述了近年来多级孔材料的最新研究进展,分别对大孔-介孔、微孔-介孔及介孔-介孔材料的制备方法进行了介绍,并简要分析了未来本领域研究的发展趋势。     

微孔-介孔分子筛负载氧化钴的苯催化完全氧化性能

用水热合成法合成了微孔-介孔分子筛MSZ,采用等体积浸渍法制备了Co_3O_4/微孔-介孔分子筛催化剂。用X射线衍射技术对材料进行表征,考察微孔-介孔分子筛的水热稳定性和催化剂对苯的催化完全氧化性能。研究发现,微孔-介孔分子筛水热稳定性较好,负载质量分数为35%Co_3O_4时,催化剂活性较高,活性组分晶粒的完整性和分散度是影响催化剂活性的重要因素,35%Co_3O_4/MSZ的活性高于35%Co_3O_4/MCM-41和35%Co_3O_4/ZSM-5。     

溶胶-凝胶工艺合成微孔-介孔钛硅复合材料

用硫酸催化醇盐水解,经溶胶-凝胶过程制备了微孔-介孔钛硅复合材料。通过X射线衍射(XRD)和低温N_2吸附-脱附测定,考察了水解pH值、温度、时间以及Ti/Si摩尔比等因素对产物孔道结构的影响。实验结果表明,在pH值2.5～3.0,温度60℃,反应时间2h的条件下进行钛、硅醇盐的水解聚合是较为有利的,合成产物具有短程有序的孔道结构,较窄的孔径分布,随Ti含量增加比表面积减小。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作模板剂得到的纯硅样品为平均孔径1.78 nm的微孔材料,具有866 m~2/g的比表面积;而含Ti产物为微孔-介孔材料,平均孔径略小于2 nm。以三嵌段聚合物(P123)作模板剂得到的含20%质量分率Ti的产物为介孔材料,平均孔径略小于4 nm,比表面积为618 m~2/g。     

N2-adsorption on amorphous aluminosilicates: Application of the Kelvin equation and the T-plot analysis for mixed micro-mesoporous materials

Amorphous aluminosilicates prepared by three different sol-gel procedures were submitted to N₂-adsorption for textural evaluation. For each sample series, deviation of the experimental results from the ideal pore model imposed by the Kelvin equation was investigated, providing additional information on the pore architecture and specifically, on the degree of pore connectivity. This was verified by performing a similar statistical analysis for MCM-type materials. For amorphous aluminosilicates, the pore connectivity is shown to be a function of the pH of synthesis. The different cracking behaviour during drying of silicas and aluminosilicates prepared with organic additives could also be related to the various degrees of pore connectivity. In the second part of the article, a criterion for the applicability of the T-plot analysis for mixed micro-mesoporous products was searched for. Results indicate that when the micropores cover more than 20% of the total pore volume, reliable analyses are obtained by calculating the mean intercept for a T-layer thickness going from 2 to 9 Å.Presented at the European Workshop for the Determination of Surface Area and Porosity of Materials, Antwerp, October 1994.     

MEL/MCM-48微介孔复合分子筛的制备与性能研究

按1SiO2∶ 0.35TBAOH∶ 25H2O的摩尔比,170℃水热晶化48 h得到微孔分子筛MEL,再按n(SiO2)∶ n(CTAB)∶n(H2O)∶n(NaOH)=1∶0.45∶60∶0.48的摩尔比,配成MCM-48的悬浮液,将合成的MEL加入MCM-48的溶液中,80℃水热晶化96h,制备出MEL/MCM-48微介孔复合分子筛,其结构和形貌采用XRD、TEM等手段对其进行了表征.考察了这种复合分子筛的投加量、pH值、吸附时间等因素对阳离子红X-5GN模拟染料废水吸附性能的影响.MEL/MCM-48微介孔复合分子筛的投加量为1 g/L、阳离子红X-5GN染料废水浓度为20 mg/L,溶液为中性、振荡时间为60 min,温度为50℃时吸附效果最好,脱色率以达到了97.8％,吸附动力学曲线不符合一级反应模型(Lagergren一级速率方程),但用二级反应模型(McKay二级速率方程)来描述可以得到很好的相关性.     

分子筛构-效关系的分子模拟研究进展

综述了分子模拟技术在探索分子筛(包括微孔分子筛、介孔分子筛、中微双孔分子筛等)的微观结构及构-效关系方面的国内外研究进展,进而合理分析和预测了分子模拟技术在研究具有中孔孔道优势、大的比表面积、强酸性和高水热稳定性的新型中微双孔分子筛的微观结构及构-效关系中的重要性和可行性。     

微–介孔结构Y/MCM-48复合分子筛的合成与稳定性

以正硅酸乙酯为硅源、十六烷基三甲基溴化铵为模板,在氟化物存在的条件下,通过水热法在不同晶化温度和时间下进行复合分子筛Y/MCM-48的合成。利用X射线粉末衍射、Fourier变换红外光谱、N2吸附–脱附、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合成的样品进行表征,同时考察了样品的稳定性及不同晶化时间和温度下样品的晶相。结果表明：在120℃水热晶化36h合成的Y/MCM-48具有良好有序的MCM-48介孔相以及NaY微孔相的双重孔结构,其比表面积高达864 m2/g,平均孔径为2.4 nm。样品经800℃焙烧4 h、100℃水热处理48 h后,复合分子筛的双重孔结构仍然存在。     

ZSM-5/MCM-41微-介孔复合分子筛的微波合成及表征

以碱液处理的ZSM-5分子筛反应液为硅铝源、十六烷基三甲基溴化铵为介孔模板剂,通过微波法快速合成了具有微-介孔结构的ZSM-5/MCM-41复合分子筛。考察了反应时间、反应温度和体系p H对合成产物的影响,优化了合成条件,并利用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附等手段对合成产物进行了表征。实验结果表明,反应温度为120℃时,在0.5 mol/L的Na OH溶液中,利用微波消解ZSM-5分子筛原粉30 min后,调节体系p H为10.5,继续晶化30 min,可得到ZSM-5/MCM-41复合分子筛。相比于传统水热法,微波法的合成效率提高了20倍以上。所得ZSM-5/MCM-41复合分子筛中既保留了ZSM-5分子筛的微孔结构,也形成了典型的MCM-41分子筛的介孔结构,且所得ZSM-5/MCM-41复合分子筛的孔体积、比表面积较ZSM-5分子筛提高了近3倍。     

模板法制备介微双孔HKUST-1材料

以三嵌段共聚物P123作为模板剂,以正癸烷与TMB(1,3,5-三甲苯)作为扩孔剂,采用水热法,成功合成出了具有良好微孔与介孔结构的介微双孔HKUST-1材料,并用XRD、N2吸附-脱附实验、SEM、TEM进行表征。同时考察模板剂含量,以及不同类型的扩孔剂对于介微双孔HKUST-1材料孔结构及晶体形貌的影响。结果表明,加入模板剂P123可成功合成介微双孔HKUST-1,TMB(1,3,5-三甲苯)扩孔剂起到较好扩孔效果,有助于合成具有大介孔孔容的介微双孔HKUST-1。同时模板剂P123及扩孔剂的加入可调节HKUST-1的晶体形貌,在适当条件下可能出现片状堆叠晶体。     

用于吸附甲苯的微介孔碳材料的制备及改性

在吸附甲苯过程中,吸附剂的选择是关键。在本论文中,合成了微介孔碳材料并进行了表征。在合成过程中,MCM-41为模板,蔗糖和糠醇分别做为碳源。分别考察了在不同甲苯初始浓度、温度和床层高度下,制备的碳材料的吸附性能。为了进一步提高碳材料吸附性能,利用硝酸对碳材料进行改性,并研究了改性碳材料的吸附性能。所制备的碳材料是典型的IV型等温线,孔径分布集中在微孔和介孔。与MCM-41相比,制备的碳材料具有高的吸附能力。改性以后,碳材料的比表面积和含氧官能团都增大,使得碳材料吸附量从改性前的185.3 mg/g增大到514.7mg/g。碳材料的表面积和表面化学特性决定了其吸附性能。