介孔分子筛的合成与表征.doc

北京工业大学毕业设计（论文）

摘要
本文采用软模板法合成硅模板，然后采用硬模板法合成介孔碳模板，并用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜仪（SEM）、透射电镜仪（TEM）、BET法测定分子筛的介孔结构、晶体结构、表面形貌、粒径分布、孔径分布和比表面积。实验结果表明软模板法合成的多面体SBA-16、球形SBA-16、棒形SBA-15、球形SBA-15以及SSP均有高度发达的有序孔结构，比表面积大，孔径分布较为均匀。以这些硅模板合成的碳模板，不仅具有规整的结构而且比表面积远大于硅模板，其中由多面体SBA-16合成的碳模板的比表面积最大，其值为1600m2/g，而且孔道规整，表明模板法实质就是板变孔道的过程。关键词：硅模板、碳模板、介孔分子筛表征、模板水热合成法。

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Abstract
MesoporoussilicaandmesoporouscarbonweresynthesizedusingthetemplatemethodandcharacterizedbymeansoftechniquessuchasX-raydiffraction(XRD),BET,scanningelectronmicroscopy(SEM),transmissionelectronmicroscopy(TEM).Theexperimentalresultsindicatedthatthesynthesizedmesoporoussilicaandmesoporouscarbonpossessedwell-definedorderedporestructuresandmesoporousSBA-16surfaceareasabove1600m2/g.Keywords:silicatemplate,carbontemplate,mesoporousmolecularsievecharacterization，templatinghydrothermalsynthe

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一、绪
（一）课题背景

论

多孔材料由于具有较高的比表面积，长期以来广泛应用于吸附、催化和分离等领域。国际纯粹与应用化学协会（IUPAC）[1]按照孔径大小将多孔材料做了分类：微孔(<2nm)、介孔(2～50nm)和大孔(>50nm)。由于介孔材料具有允许分子进入的更大的内表面和孔穴、因量子尺寸效应及界面耦合效应的影响而具有奇异的物理、化学等许多优良的性能，将在化学、光电子学、电磁学、材料学、环境学等诸多领域有巨大的潜在应用前景，故自其诞生以来就成为国际上的研究热点。作为重要的催化和吸附材料的传统沸石分子筛属于微孔材料，由于孔径较小，重油组分和一些大分子不能进入其孔道，故不能提供吸附和催化反应场所，而介孔分子筛的孔径较大，其有序的介孔通道可以成为大分子的吸附或催化反应场所。1992年Mobil公司的Kresge和Beck等首次以表面活性剂为模板，合成了新颖的有序介孔氧化硅材料MCM-41(MobilComposetionMaterial41)[2]，这是分子筛与多孔物质发展史上的一次飞跃。由于在重油催化和大分子分离等领域的广阔应用前景，介孔材料成为人们的研究热点之一，不久即开发出一系列的介孔材料，如SBA系列、MSU系列、CMK系列、HMS、KIT以及金属和金属氧化物系列等[3～10]。介孔分子筛的优越性在于其具有均一可调的介孔孔径、稳定的骨架结构、易于修饰的内表面、一定壁厚且易于掺杂的无定型骨架，以及高比表面积，可用作功能材料、吸附剂、催化剂及其载体，不仅弥补了微孔沸石分子筛的不足，还可以利用有序介孔作为“微反应器”，制备具有特殊光、电、磁等性能的纳米材料，因此在化学工业、能源与环境、生物技术、吸附分离、催化及光、电磁等众多领域有很广阔的发展前景。

（二）介孔分子筛
1、介孔材料合成的基本特征、
典型的介孔材料合成可分成以下两个主要阶段：（1）有机—无机液晶相（介观结构）的生成是利用具有双亲性质（含有亲水和疏水基团）的表面活性剂有机分子与可聚合无机单体分子或齐聚物（无机源）在一定的合成环境下自组织生成有机物与无机物的液晶织态结构相，而且此结构相具有纳米尺寸的晶格常数。（2）介孔材料的生成是利用高温热处理或其他物理化学方法脱除有机模板剂（表面活性剂），所留下的空间即构成介孔孔道。表面活性剂分为阳离子型、阴离子型和非离子型，其中以阳离子型的季铵盐类表面活性剂最为普遍。例如十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）等，对应的阴离子为卤离子或氢氧根等。单体或齐聚物为在一定条件（浓度、温度、压力、pH值等）下能聚合成无机陶瓷、玻璃等凝聚态物
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质的无机分