开放骨架磷酸铝合成中影响结构导向效应的因素研究

发布时间：2019-01-06 14:58

【摘要】：沸石分子筛在催化、吸附分离及离子交换等领域有着广泛的应用。人工合成是获取这类材料的主要方法,在沸石分子筛的生成过程中,结构导向效应效应起了极其重要的作用,但结构导向效应的本质以及如何具体导向一个具体沸石分子筛的生成人们仍没有清晰的认识。磷酸铝分子筛是微孔晶体家族中的重要一员,骨架由Al O4和PO4四面体严格交替而成,每个Al通过桥氧同四个相邻的P相连,而每个P也通过桥氧同四个相邻的Al相连,骨架的Al/P比为1/1。除了Al O4四面体外,Al-O还可以形成Al O5和Al O6多面体,P也可以通过桥氧同1-3个相邻的Al相连,在种类繁多的有机胺结构导向剂的存在下,生成了Al/P比多样,结构丰富的一维链状、二维层状以及三维开放骨架磷酸铝家族。本论文以只改变一个合成参数的“成对”开放骨架磷酸铝合成体系为对象,以粉末X-射线衍射分析、固体魔角自旋核磁共振分析、液相元素成份分析以及酸碱度分析等表征方法,跟踪“成对”合成体系的晶化过程,研究单一合成参数的改变对有机胺结构导向效应的影响,尝试理解结构导向效应的本质和来源,取得了如下研究结果:1.研究了“多种模板剂/一种结构”现象中的结构导向效应。在180°C加热摩尔组成为Al2O3:1.5 P2O5:5.5 R:277 H2O的初始混合物(R为乙二胺、1,2-丙二胺或1,3-丙二胺),得到了具有相同层拓扑结构的开放骨架磷酸铝Ui O-15(R=乙二胺)、APDAP_(12)-150(R=1,2-丙二胺)以及APDAP-150(R=1,3-丙二胺)。用粉末X射线衍射(PXRD)、固体魔角自旋核磁共振(MAS NMR)等表征技术跟踪了三种开放骨架磷酸铝的晶化过程以及固体产物中Al、P的配位演化,获取了它们的可能晶化起点,即Ui O-15的可能晶化起点为一个三聚体和一个六聚体以及一个PO4单体,同时还有一个含有两个三元环的九聚体;APDAP_(12)-150的可能晶化起点为一个五聚体和一个六聚体;APDAP-150的可能晶化起点为一个Al O6单体以及一个含有三元环的五聚体;在APDAP-150的结构中,位于层间的水分子与双质子化的1,3-丙二胺分子起到了共同结构导向的作用。2.研究了额外引入到1,2-丙二胺碳链中的亚甲基对其结构导向效应影响的温度依赖性。以1,2-丙二胺及1,3-丙二胺为结构导向剂,在180°C加热初始凝胶组成为Al2O3:P2O5:5.0 R:277 H2O,分别得到两种具有4×8元环的二维(2D)层状磷酸铝化合物APDAP_(12)-150(R=1,2-丙二胺)及Ui O-18(R=1,3-丙二胺);在200°C下加热相同初始凝胶组成,得到APDAP_(12)-150(R=1,2-丙二胺)及三维(3D)的磷酸铝化合物Ui O-26(R=1,3-丙二胺)。利用粉末X-射线衍射(PXRD)和固体魔角自旋核磁共振(MAS NMR)分析跟踪了APDAP_(12)-150、Ui O-18及Ui O-26晶化过程以及骨架中Al和P的配位演化,利用元素分析和p H测定跟踪了液相Al、P的浓度及p H演化,获取了三种化合物的核心单元(可能的晶化起点),研究了晶化温度对有机胺结构导向效应的影响。3.研究了初始混合物摩尔组成对1,2-丙二胺结构导向效应的影响。以1,2-丙二胺为结构导向剂,在180°C加热摩尔组成为Al2O3:6.0 P2O5:5.5 1,2-DAP:139H2O的初始混合物(1,2-DAP为1,2-丙二胺),合成出了一例具有Al PO-CJ31骨架结构的新型三维开放骨架磷酸铝化合物1,而加热摩尔组成为Al2O3:6.0 P2O5:7.5 1,2-DAP:139 H2O的初始混合物,合成出了一例二维层状磷酸铝化合物APDAP_(12)-150。利用X-射线粉末衍射分析(PXRD)、C、H、N元素分析、热重/差热(TG/DTA)分析等表征手段,确认了化合物1的分子式为[Al4P5O20·H 3O·H2O]·[H3NCH2CHNH3CH3],质子化的水分子与双质子化的1,2-丙二胺起了共同导向化合物1的作用。调变初始混合物中1,2-丙二胺的比例显著影响了其模板效应。1,2-丙二胺比例较低时(n=5.5)产物为三维开放骨架化合物,而当其比例较高时(n=7.5),产物为二维层状化合物。4.研究了在同等合成条件下二甲胺和二乙胺的结构导向效应的差异。在200°C加热摩尔组成为Al2O3:P2O5:R:139H2O的初始混合物,当R为二甲胺时,得到了具有AWO拓扑结构的Al PO4-21,当R为二乙胺时,得到具有AEL拓扑结构的Al PO4-11。用粉末X-射线衍射和固体魔角自旋核磁共振等表征技术追踪了两种三维开放骨架磷酸铝化合物的晶化过程,研究了二甲胺与二乙胺在晶化过程中的结构导向效应差异。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ133.1

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本文编号：2402944