改性蛭石在乙炔氢氯化催化反应及层状材料制备中的应用

发布时间：2017-08-12 04:18

  本文关键词：改性蛭石在乙炔氢氯化催化反应及层状材料制备中的应用

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【摘要】：蛭石(vermiculite)是一类具有多层层状结构的镁铝硅酸盐类矿物,我国蛭石储量丰富,且新疆尉犁且干布拉克蛭石矿为我国最大的蛭石矿床,总地质储量居世界第二。蛭石的特殊层状结构使其具有良好的阳离子交换吸附性能,且具有机械性能优异,耐磨性强,膨胀性能和隔音隔热性能优异等特点。然而目前蛭石仅被应用于农业、建筑、环保等产值较低的行业领域中。本文中采用膨胀改性、无机酸酸改性、碳包覆改性、碳化硅改性等方法对蛭石进行改性,并将改性蛭石作为催化剂载体应用于乙炔氢氯化催化体系。同时以具备层状结构的蛭石为模板,制备了具有高比表面积的蛭石基多孔SiO_2、SiC片层材料。实现了蛭石由天然矿物到先进功能材料的跨越,提高了新疆尉犁蛭石的利用价值。具体实验内容总结如下:(1)针对HgCl_2/活性炭催化体系易升华、耐磨性差的不足,利用蛭石可改性,阳离子交换吸附性能强、机械强度大、耐磨性强等特点,将蛭石作为载体应用于乙炔氢氯化催化体系中。为提高HgCl2/蛭石催化乙炔氢氯化催化活性的稳定性,我们分别对蛭石载体进行膨胀改性、酸化改性、碳复合包覆改性、碳化硅改性。实验表明,改性载体催化剂具有较好的催化活性,起始乙炔转化率均达到90%以上,氯乙烯选择性均在95%以上。但膨胀改性、酸化改性蛭石催化体系的稳定性较差,90%以上转化率的稳定性均在200 min以下。其中,以经过碳包覆改性蛭石作为载体的催化剂,乙炔转化率最高达98.89%,反应10小时后乙炔转化率仍保持在91%以上,其催化性能与活性炭载体催化剂相当。同时,蛭石基碳化硅载体催化剂的最高乙炔转化率达到了96.9%,反应400 min后转化率仍保持在85.8%以上,催化性能较好。(2)我们通过对比改性蛭石载体催化剂的催化性能及相关表征分析,归纳总结得出改性蛭石催化剂稳定性差的原因主要为:蛭石成分中的SiO_2成分,催化剂热稳定性差,积炭和催化剂载体导电导热性能差等。其中SiO_2对催化剂寿命影响最大,这为提高催化剂寿命提供了参考。(3)利用蛭石的层状结构,以蛭石为模板制备层状新型材料的研究中,采用简便的一步法酸洗法,成功地制备了一种多纳米薄层状超微孔二氧化硅纳米筛材料。该层状纳米筛材料的SiO_2纯度达到99.9%,比表面积为505 m2/g,平均孔径为1.81 nm,孔容为0.406 cm3/g,薄层厚度为5.5 nm。同时,以蛭石基层状SiO_2纳米筛为硅源,按照形貌记忆合成的思路,分别采用微波法和低温镁热法制备了高比表面积的层状SiC材料。采用微波法,我们在SiO_2:C质量比5:3,Ar气氛,1500oC加热2 h的条件下制备得到了多孔片层状的晶型β-SiC材料,其比表面积分达到了153.8 m2/g。采用低温镁热法,我们在SiO_2:C:Mg=1:2:4,Ar气氛中,600oC恒温5 h的条件下,同样成功制备了晶型β-SiC材料。形貌表征表明,该SiC材料同样为多层层状结构,每层具有较大孔洞,其比表面积达到131.6 m2/g。
【关键词】：蛭石 改性蛭石载体 乙炔氢氯化 超微孔层状二氧化硅 层状碳化硅
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-22
• 1.1 蛭石简介10-12
• 1.1.1 蛭石的化学组成与结构10-11
• 1.1.2 蛭石的性能及应用11-12
• 1.2 蛭石的改性方法及研究现状12-14
• 1.2.1 膨胀改性12-13
• 1.2.2 酸活化改性13-14
• 1.2.3 有机改性14
• 1.3 蛭石作为催化剂载体的应用研究现状14-15
• 1.4 乙炔氢氯化工艺及其催化剂简介15-16
• 1.5 乙炔氢氯化反应催化剂载体研究进展16-18
• 1.6 介孔氧化硅材料研究发展概述18-19
• 1.6.1 介孔二氧化硅材料的简介18
• 1.6.2 介孔二氧化硅材料的制备18
• 1.6.3 超微孔氧化硅材料的研究现状18-19
• 1.7 碳化硅材料研究发展概述19-21
• 1.7.1 碳化硅材料简介19
• 1.7.2 碳化硅材料的用途19
• 1.7.3 碳化硅材料的制备方法19-21
• 1.8 本论文的选题依据与研究内容21-22
• 1.8.1 选题依据21
• 1.8.2 研究内容21-22
• 第二章 实验部分22-26
• 2.1 实验原料22
• 2.2 实验仪器22-23
• 2.3 材料的表征手段23-24
• 2.4 催化剂性能评价24-26
• 2.4.1 催化剂性能评价装置图24
• 2.4.2 产物分析方法及催化性能评价指标24-26
• 第三章 改性蛭石载体在乙炔氢氯化催化体系中的应用26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 实验部分26-28
• 3.2.1 膨胀改性蛭石制备及膨胀度测定26-27
• 3.2.2 酸改性膨胀蛭石制备27
• 3.2.3 碳包覆改性蛭石制备27
• 3.2.4 蛭石基碳化硅载体制备27
• 3.2.5 催化剂的制备27-28
• 3.3 结果与讨论28-42
• 3.3.1 膨胀蛭石载体制备及其催化性能的评价28-32
• 3.3.2 酸改性蛭石载体制备及其催化性能的评价32-37
• 3.3.3 碳包覆改性蛭石制备及其催化性能的评价37-40
• 3.3.4 蛭石基碳化硅载体制备及其催化性能的评价40-42
• 3.4 小结42-44
• 第四章 改性蛭石载体催化剂乙炔氢氯化反应失活原因分析44-50
• 4.1 引言44
• 4.2 实验部分44
• 4.3 结果与讨论44-49
• 4.3.1 催化体系稳定性差导致催化剂失活44-45
• 4.3.2 积碳导致催化剂失活45-47
• 4.3.3 蛭石化学成分导致催化剂失活47-48
• 4.3.4 导热导电性能差导致催化剂失活48-49
• 4.4 小结49-50
• 第五章 改性蛭石在制备层状材料中的应用50-64
• 5.1 引言50-51
• 5.2 实验部分51-52
• 5.2.1 蛭石基层状超微孔SiO_2纳米筛材料的制备51
• 5.2.2 微波热还原法制备蛭石基SiC材料51-52
• 5.2.3 镁热还原法制备石基SiC材料52
• 5.3 结果与讨论52-62
• 5.3.1 蛭石基层状超微孔SiO_2纳米筛材料的制备52-56
• 5.3.2 蛭石基SiC材料微波热还原法的制备56-59
• 5.3.3 蛭石基SiC材料镁热还原法的制备59-62
• 5.4 小结62-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-73
• 致谢73-74
• 作者简介74-75
• 导师评阅表75

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本文编号：659726