MCM-41介孔分子筛的合成方法及催化性能研究

发布时间：2017-03-29 14:27

  本文关键词：MCM-41介孔分子筛的合成方法及催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本论文是以介孔分子筛MCM-41的合成与表征为主要研究内容，以找出MCM-41的最佳合成条件、新型合成方法以及在催化领域内的应用范围为研究目标。论文首先论述了无机介孔分子筛研究的意义，回顾了MCM-41介孔分子筛的研究发展历程，概述了MCM-41介孔分子筛的特点、合成机理、合成途径以及各种表征数据，指出了这类材料目前研究中存在的问题。由此提出本论文的研究方案，通过XRD、FT-IR、TEM和N_2等温物理吸附研究等多种表征手段，系统地考察各种合成因素对全硅MCM-41介孔分子筛和含金属杂原子的MCM-41介孔分子筛结构和性质的影响。 以硅酸钠为硅源，以十六烷基三甲基溴化胺为模板剂，采用碱性介质中的水热法和微波法合成了全硅MCM-41介孔分子筛。实验结果表明，采用碱性条件下的水热法和微波法都能够合成出MCM-41介孔分子筛。全硅MCM-41介孔分子筛的最合适合成条件为：pH=10～11，表面活性剂CTAB／二氧化硅=0.2，水／二氧化硅=70，老化时间80min。水热法晶化温度130℃，晶化时间72h；微波法晶化时间2.5h，晶化功率280W。水热法与微波法制得的MCM-41介孔分子筛各项表征参数基本一致，微波法合成MCM-41分子筛诱导期极短，晶化速度很快，样品的比表面积大于1000 m~2／g，热稳定性大于1000 K，但水热稳定性有待提高。 两种方法合成的全硅MCM-41和掺杂金属杂原子的MCM-41的热稳定性均较好，经750℃焙烧后仍能保留大部分介孔，但在900℃高温焙烧2h后大部分介孔坍塌，比表面积减少，，孔径分布变宽，无机骨架更趋于无定形态。采用微波焙烧技术也能除去绝大部分有机模板剂，但焙烧功率、焙烧时间不易控制。 将钴、铜、镍骨架改性MCM-41与全硅MCM-41对比，实验结果表明，当金属M／Si=0.05～0.15时，合成的Cu-MCM-41、Co-MCM-41和Ni-MCM-41与全硅MCM-41的晶体结构类似。金属原子同晶取代Si进入MCM-41介孔分子筛无机骨架中，会使晶体的完整性有所下降，比表面积减小，孔径稍大，孔径分布较宽，当金属M／Si＞0.2时，部分样品的骨架坍塌，比表面积急剧下降，XRD小角度衍射峰消失，说明金属杂原子进入MCM-41无机骨架对其结构有一定影响。 通过苯酚-叔丁醇烷基化反应对微波法合成的H-MCM-41催化剂的催化性能进行了初步研究。实验证明，采用微波法合成的H-MCM-41介孔分子筛对苯酚-叔丁醇烷基化体系具有显著催化作用，但是产物选择性与文献记载有明显不同，主要产物为4-TBP、2,6-DTBP和2,4,6-TTBP，而不是通常的2,4-DTBP。H-MCM-41的酸性大小对反应有明显影响，通过调整反应温度、空速、原料配比可以在一定程度上调节反应的选择性。H-MCM-41催化剂在苯酚-叔丁醇烷基化反应体系中的使用寿命在50h左右，反应进行到50h以后，转化率出现明显下降，说明浸渍制得的H-MCM-41的酸性中心不强，而且容易与骨架脱离。
【关键词】：MCM-41 介孔分子筛 水热 微波 烷基化 苯酚 叔丁醇
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-34
• 1.1 介孔分子筛的研究背景及现状14-16
• 1.1.1 传统沸石分子筛14-15
• 1.1.2 MCM-41介孔分子筛15-16
• 1.2 介孔分子筛的合成16-21
• 1.2.1 介孔分子筛的合成机理16-19
• 1.2.1.1 液晶模板(Liquid Crystal Templating,LCT)机理16-18
• 1.2.1.2 层状中间相转化机理18-19
• 1.2.1.3 中性模板剂合成机理19
• 1.2.2 介孔分子筛的合成方法19-21
• 1.3 介孔分子筛的结构及表征21-27
• 1.3.1 XRD表征21-22
• 1.3.1.1 MCM-41六方介孔分子筛22
• 1.3.1.2 MCM-48立方相22
• 1.3.1.3 MCM-50层状相22
• 1.3.2 分子筛的孔墙结构22-23
• 1.3.3 物理等温吸附研究23-24
• 1.3.4 TEM及SEM表征24-26
• 1.3.5 热稳定性和水热稳定性26-27
• 1.4 MCM-41介孔分子筛的改性27-31
• 1.4.1 MCM-41介孔分子筛存在的不足27
• 1.4.2 改善介孔分子筛性能的途径27-31
• 1.4.2.1 提高介孔分子筛的孔径、孔壁厚度、骨架强度、孔壁结晶化从而改善其水热稳定性和酸催化活性27-29
• 1.4.2.2 向介孔分子筛中引入杂原子29
• 1.4.2.3 对介孔分子筛的化学修饰29
• 1.4.2.4 分子筛负载型超强酸催化剂29-31
• 1.5 介孔分子筛的应用31-32
• 1.5.1 合成新型催化剂31
• 1.5.2 吸附剂31-32
• 1.5.3 在环境化学中的应用32
• 1.6 介孔分子筛的合成方法32-33
• 1.7 介孔分子筛的发展前景33-34
• 第二章 实验部分34-40
• 2.1 MCM-41介孔分子筛的制备34-38
• 2.1.1 实验试剂34
• 2.1.2 实验仪器34-35
• 2.1.3 MCM-41介孔分子筛的制备35-38
• 2.1.3.1 混合凝胶的制备装置35
• 2.1.3.2 混合凝胶的水热晶化装置35
• 2.1.3.3 混合凝胶的微波晶化装置35-36
• 2.1.3.4 全硅MCM-41介孔分子筛的制备36-37
• 2.1.3.5 金属杂原子掺杂改性MCM-41介孔分子筛的制备37-38
• 2.1.4 热稳定性实验与水热稳定性实验38
• 2.1.5 微波辐射脱模实验38
• 2.2 样品物化性能的表征38-40
• 第三章 MCM-41介孔分子筛表征结果与讨论40-65
• 3.1 XRD表征40-46
• 3.1.1 合成方法对MCM-41介孔分子筛晶形的影响40-42
• 3.1.2 金属杂原子改性对MCM-41分子筛结构的影响42-46
• 3.1.2.1 掺杂不同金属杂原子对MCM-41分子筛结构的影响42-43
• 3.1.2.2 金属掺杂量对分子筛结构的影响43-44
• 3.1.2.3 不同焙烧方法对MCM-41介孔分子筛孔墙结构的影响44-45
• 3.1.2.4 水热稳定性45-46
• 3.2 MCM-41介孔分子筛的红外表征(FT-IR)46-51
• 3.2.1 不同晶化条件对MCM-41介孔分子筛结构的影响46-47
• 3.2.2 不同焙烧方法对MCM-41介孔分子筛孔墙结构的影响47-49
• 3.2.3 模板剂的添加量对样品的影响49-51
• 3.3 透射电镜TEM分析51-52
• 3.4 N_2等温吸附分析52-64
• 3.4.1 纯硅MCM-41样品的比表面积和孔径分布54-55
• 3.4.2 金属杂原子的掺杂量对样品比表面积和孔径的影响55-59
• 3.4.3 模板剂(CTAB)的不同添加量对样品的影响59-62
• 3.4.4 样品的热稳定性和水热稳定性62-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第四章 H-AL-MCM-41上苯酚-叔丁醇烷基化反应催化性能测试65-77
• 4.1 前言65-66
• 4.2 反应机理66-67
• 4.2.1 苯酚与醇烷基化反应机理66
• 4.2.2 苯酚与异丁烯烷基化反应机理66-67
• 4.3 实验67-71
• 4.3.1 药品67
• 4.3.2 反应装置及流程67-68
• 4.3.5 反应条件确定68-69
• 4.3.6 产品分析69-71
• 4.4 结果与讨论71-75
• 4.4.1 温度对反应的影响71-73
• 4.4.2 空速对反应的影响73-74
• 4.4.3 催化剂酸性对反应的影响74-75
• 4.4.4 催化剂稳定性试验结果75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 孟桂花;吴建宁;曹淼;陈宏伟;;MCM-41分子筛的制备及催化性能研究[J];当代化工;2011年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李景梅;MCM-41作为药物载体材料研究[D];长春理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 邹照华;新型Al-Si介孔材料对砷的吸附研究[D];昆明理工大学;2010年

2 钱晓巍;含铌介孔分子筛和氧化物的制备及其在若干反应中催化性能的研究[D];南昌大学;2011年

3 杨慧;柞蚕丝肽与CTAB复合模板剂在介孔分子筛合成上的应用研究[D];渤海大学;2012年

4 于海云;负载型杂多酸催化剂的制备、表征及催化性能研究[D];内蒙古民族大学;2012年

5 赵延良;镧系醋酸盐改性MCM-41合成、表征及应用[D];齐齐哈尔大学;2012年

6 王欢龙;MCM-41分子筛的合成及性能的研究[D];内蒙古科技大学;2012年

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本文编号：274715