SBA-15介孔分子筛的制备、改性及其性能研究

发布时间：2017-09-21 02:14

  本文关键词：SBA-15介孔分子筛的制备、改性及其性能研究

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【摘要】：SBA-15介孔分子筛由于孔径可调、比表面积高、热稳定性好、易于修饰等特点,在吸附、催化、生物等领域被广泛应用。罗丹明B作为阳离子碱性染料,被广泛应用到食品、造纸、印染等领域,但是罗丹明B是致癌物质,对人体极为不利,所以除去废水中的罗丹明B势在必行,吸附法是处理染料废水的有效方法之一。苯酚是重要的化工原料,它是制备石化、农药、塑料等化学品的前驱体。目前世界上生产苯酚大多都是三步合成法,这种方法不仅资源浪费巨大,还会产生丙酮等副产物,与可持续发展战略不符,用N2O、H2O2、O2等清洁的氧化剂将苯一步氧化制苯酚都是目前催化领域的研究热点。目前,绝大多数研究是以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源合成SBA-15,但TEOS价格昂贵,不利于SBA-15的工业化生产。很多研究表明钒系、铁系催化剂在烃类和酚类的氧化反应中展示了很高的催化活性,目前为止,铁、钒双金属共同掺杂SBA-15,通过H202将苯一步氧化成苯酚的研究报道没有见到,因此本文主要在此方面进行了实验研究。主要研究内容如下：1.以便宜无毒的Na2SiO3·9H2O为硅源,替代传统的TEOS,以P123为模板剂,采用水热晶化法合成SBA-15介孔分子筛。控制实验条件,探索SBA-15分子筛合成的优化工艺。结果表明,合成的SBA-15分子筛呈二维六方型,孔道和骨架交替排列,孔道规整性好,呈均匀分散的球形颗粒。同时考察了SBA-15对水溶液中罗丹明B的吸附性能,吸附率高达99.9%,展现了SBA-15对罗丹明B极好的吸附性能。2.采用后嫁接合成法,得到Fe-V/SBA-15催化剂,并将该催化剂用于苯催化性能的研究,通过H202一步法将苯羟基化制苯酚,系统研究了反应温度、醋酸用量、双氧水用量、反应时间对催化性能的影响。结果表明,在最佳反应条件下,Fe-V/SBA-15表现出了很好的催化性能,苯的转化率为23%,苯酚的选择性达到94%。3.合成不同掺杂量的Fe(x)-V(y)/SBA-15样品,用XRD、FTIR、SEM、 TEM、XPS对合成样品进行了表征与分析,考察了不同含量的Fe(x)-V (y) /SBA-15催化剂对苯催化性能的影响,确定Fe (0.77) -V (0.94) / SBA-15样品对苯的催化性能最优,苯转化率为31.31%,苯酚选择性达到92.87%。Fe(0.77)-V(0.94)/SBA-15样品保持了良好的二维六方结构,比表面积为356.436m2·g-1,孔容为0.603 cm3·g-1,平均孔径3.57 nm。
【关键词】：SBA-15 Na_2SiO_3·9H_2O 苯 H_2O_2一步法 催化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 引言16-17
• 1.2 介孔分子筛17-21
• 1.2.1 介孔分子筛的基本类型17-18
• 1.2.1.1 二维结构相17-18
• 1.2.1.2 三维六方相18
• 1.2.1.3 立方相18
• 1.2.1.4 无序相18
• 1.2.2 介孔分子筛的合成方法18-19
• 1.2.3 介孔分子筛的形成机理19-21
• 1.2.3.1 “液晶模板”机理19
• 1.2.3.2 “胶棒组装”机理19-20
• 1.2.3.3 “协同组装”机理20-21
• 1.3 介孔分子筛的改性21-22
• 1.3.1 介孔分子筛的改性原理21-22
• 1.3.2 介孔分子筛的改性方法22
• 1.4 介孔分子筛的应用22-27
• 1.4.1 介孔分子筛在吸附领域的应用22-24
• 1.4.1.1 在染料废水方面的应用22-23
• 1.4.1.2 在重金属方面的应用23-24
• 1.4.2 在催化领域的应用24-27
• 1.4.2.1 主族金属的掺杂24-25
• 1.4.2.2 过渡金属的掺杂25-27
• 1.5 本课题的研究意义与内容27-30
• 1.5.1 本课题的研究意义27
• 1.5.2 本课题的研究内容27-30
• 第二章 实验部分30-34
• 2.1 实验原料30
• 2.2 实验仪器30-31
• 2.3 SBA-15介孔分子筛的制备31
• 2.4 Fe-V/SBA-15催化剂的制备31-32
• 2.5 SBA-15的吸附性能测试32
• 2.6 Fe-V/SBA-15的催化性能测试32
• 2.7 样品分析32
• 2.8 标准溶液的配制32-34
• 第三章 SBA-15的制备及其对罗丹明B吸附性能的研究34-48
• 3.1 引言34-35
• 3.2 合成条件对SBA-15的影响35-42
• 3.2.1 硅源用量35-36
• 3.2.2 晶化温度36-37
• 3.2.3 陈化时间37-38
• 3.2.4 盐酸浓度38-40
• 3.2.5 反应时间40-41
• 3.2.6 反应温度41-42
• 3.3 SBA-15介孔分子筛的表征42-44
• 3.3.1 傅里叶红外光谱(FTIR)42
• 3.3.2 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)42-43
• 3.3.3 比表面积(BET)43-44
• 3.4 SBA-15对罗丹明B的吸附性能研究44-47
• 3.4.1 分子筛用量对吸附率的影响44-45
• 3.4.2 pH值对吸附率的影响45-46
• 3.4.3 加热温度对吸附率的影响46-47
• 3.4.4 吸附剂的循环使用47
• 3.5 小结47-48
• 第四章 Fe-V/SBA-15催化剂的制备及其对苯催化性能的研究48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 Fe-V/SBA-15催化剂的表征48-53
• 4.2.1 X射线衍射(XRD)48-49
• 4.2.2 傅里叶红外光谱(FTIR)49-50
• 4.2.3 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)50-51
• 4.2.4 比表面积(BET)51-52
• 4.2.5 X射线光电子能谱(XPS)52-53
• 4.3 苯双氧水直接氧化制苯酚反应产物的分析53-57
• 4.3.1 气相色谱最佳分析条件53-54
• 4.3.2 定性分析54
• 4.3.3 定量分析——标准曲线的绘制54-57
• 4.3.4 方法的重复性57
• 4.4 催化条件对催化性能的影响57-61
• 4.4.1 反应温度58
• 4.4.2 醋酸用量58-59
• 4.4.3 双氧水用量59-60
• 4.4.4 反应时间60-61
• 4.5 催化剂的循环使用性能61-62
• 4.6 小结62-64
• 第五章 Fe_((x))-V_((y))/SBA-15对苯催化性能的研究64-80
• 5.1 合成条件对Fe-V/SBA-15的影响64-70
• 5.1.1 超声时间对Fe-V/SBA-15的影响64-67
• 5.1.1.1 Fe源单独掺入SBA-1564-65
• 5.1.1.2 V源单独掺入SBA-1565-67
• 5.1.1.3 Fe,V同时掺入SBA-1567
• 5.1.2 金属源用量对Fe-V/SBA-15的影响67-70
• 5.1.2.1 Fe源用量67-69
• 5.1.2.2 V源用量69-70
• 5.2 Fe_((x))-V_((y))/SBA-15催化剂的XPS表征70-75
• 5.2.1 Fe源用量70-73
• 5.2.2 V源用量73-75
• 5.3 Fe_((x))-V_((y))/SBA-15对苯催化性能的研究75-76
• 5.3.1 Fe源用量75-76
• 5.3.2 V源用量76
• 5.4 Fe-V/SBA-15催化剂的其他表征76-78
• 5.4.1 透射电镜(TEM)76-77
• 5.4.2 比表面积(BET)77-78
• 5.5 小结78-80
• 第六章 结论80-82
• 参考文献82-90
• 科研成果90-92
• 致谢92-94
• 论文作者及导师筒介94-95
• 附件95-96

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