各类介孔分子筛
介孔分子筛的合成机理及孔径调节的方法
介孔分子筛的合成机理及孔径调节的方法摘要:介孔分子筛因其具有一系列独特性质而成为近年来材料研究的热点。
对介孔分子筛的分类、合成机理及孔径的调节方法进行了简要的介绍。
关键词:介孔分子筛;合成机理;孔径的调节中图分类号:O643 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2009)02-0110-03介孔分子筛是指以表面活性剂为模板剂,利用溶胶-凝胶、乳化或微乳化等化学过程,通过有机物和无机物之间的界面作用合成的一类孔径在2-50nm之间、孔径分布窄,且具有规则孔道结构的无机多孔材料。
1 介孔分子筛的分类介孔分子筛根据化学组成和介孔的有序性不同有以下分类方法。
1.1 按照化学组成分类按化学组成可分为硅基和非硅基组成介孔分子筛两大类,后者主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等,由于它们一般存在着可变价态,有可能为介孔分子筛开辟新的应用领域,展示出硅基介孔分子筛所不能及的应用前景。
但非硅组成的介孔分子筛热稳定性较差,经过煅烧,孔结构容易坍塌,且比表面积、孔容均较小,合成机制还欠完善,不及硅基介孔分子筛研究活跃[1]。
1.2 按照介孔是否有序分类按介孔有序性可分为无序介孔分子筛和有序介孔分子筛。
有序介孔分子筛是利用有机分子-表面活性剂作为模板剂,与无机源进行界面反应,以某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体,通过煅烧或萃取方式除去有机物质后,保留下无机骨架,从而形成多孔的纳米结构材料,在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值[2]。
2 介孔分子筛的主要合成机理介孔材料出现后,人们提出许多机理解释介孔材料的形成,为各种合成路线提供理论基础。
在各种机理中,有一个共同的特点是:溶液中的表面活性剂引导溶剂化的无机前驱体形成介孔结构。
这些表面活性分子中存在亲水基和疏水基,为减少不亲和基之间的接触,溶液中表面活性剂分子通过自组装的方式聚集起来形成胶束,以降低体系的能量[3]。
各类介孔分子筛
1介孔分子筛Mesoporous Materials1、什么是介孔分子筛?国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)的定义:介孔材料就是孔径在 2-50 nm 的材料,介孔就是介于微孔和大孔之间。
23<2nm 2-50nm41992 年,Mobil 的科学家们(Kresge等)制备出孔道均匀、孔径可调的介孔M41S,该材料包括: MCM-41;MCM–48;MCM-50;MCM 为 Mobil 公司合成的孔材料的系列名称, M obil C omposite of M atter-美孚合成的物质5molecular sieves science and technologySynthesis Vol.1 1998SpringerThe Synthesis and Properties of M41S and Related Mesoporous MaterialsC.T.Kresge分子筛与多孔材料化学-徐如人678MCM-41MCM –41 exhibits an X-ray diffraction pattern (XRD)containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)that can be indexed to an hexagonal hk0 latticeThis particular sample has a unit cell of approximately 46 Å9透射电镜 transmission electron micrograph (TEM) the uniform honey-comb like structureLattice Image MCM-41Possible Structure MCM-41属于六方相含有规则的二维孔道阵列,MCM-41用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂,孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化10111213MCM-48The X-ray diffraction pattern consists of several peaks that can be assigned to the Ia3d space group.14MCM-4815MCM-48The structure of MCM –48 has been proposed to be bicontinuous with a simplified representation of two infinite three-dimensional,mutually intertwined, unconnected networks of rods as initiallyproposed by Luzzatti1617MCM-5018MCM-5019MCM-50202122232、介孔分子筛分类24The M41S familyhexagonal unit cellMCM–41 (two dimensional, p6m),cubic structuresMCM–48 (three dimensional, Ia3d)lamellar structuresMCM–50 which is a post-stabilized lamellar material.25FSM-16 :使用与M41S家族相同的模板剂用层状kanimite 为原料制备与 MCM-41 结构相似FSM代表F olded S heets M esoporous Material261995在中性条件下,以伯胺为模板剂,依靠氢键相互作用,合成出规则孔道,孔壁较厚的HMS;用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂,在中性条件下,合成了MSUHMS 代表H exagonal M esoporous S ilica;MSU 代表M ichigan S tate U niversity material27突破了只依靠正负电荷的相互作用合成介孔分子筛的方法,把氢键作用的思维引入到介孔分子筛合成使介孔分子筛的合成思路得到拓宽。
有序介孔分子筛材料
有序介孔分子筛材料
有序介孔分子筛材料是一种具有有序介孔结构的分子筛材料。
它们具有较高的比表面积和孔体积,能够提供更大的表面反应活性区域和更好的质量传递性能。
这些材料具有均匀的孔道尺寸和分布,能够控制分子的扩散和吸附行为,因此具有重要的应用潜力。
有序介孔分子筛材料通常基于柱状硅酸盐结构,通过模板剂方法制备。
在合成过程中,有机表面活性剂被用作模板剂,调控孔道的尺寸和形貌。
合成后,利用高温烧结等方式去除模板剂,得到有序介孔结构。
有序介孔分子筛材料在催化、吸附、分离等领域具有广泛应用。
例如,它们可以用于催化剂的负载,增加活性组分的分散度和接触程度,提高催化反应的效率。
此外,它们还可以用于分子吸附和分离过程中的分子筛材料,由于其较大的孔道尺寸,在分离和富集目标物质时具有较好的选择性和效率。
总之,有序介孔分子筛材料是一类重要的纳米材料,具有广泛的应用前景。
它们通过控制孔道结构和尺寸,能够优化催化、吸附和分离等过程,为相关领域的研究和应用提供了新的机会。
介孔分子筛
介孔分子筛介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料。
介孔材料的研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意义。
它具有其它多孔材料所不具有的优异特性:具有高度有序的孔道结构;孔径单一分布,且孔径尺寸可在较宽范围变化;介孔形状多样,孔壁组成和性质可调控;通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。
它的诱人之处还在于其在催化,吸附,分离及光,电,磁等许多领域的潜在应用价值。
介孔材料的分类按照化学组成分类,介孔材料一般可分为硅系和非硅系两大类。
硅基介孔材料孔径分布狭窄,孔道结构规则,并且技术成熟,研究颇多。
硅系材料可用催化,分离提纯,药物包埋缓释,气体传感等领域。
硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。
进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。
杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置,不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质,例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。
非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。
由于它们一般存在着可变价态,有可能为介孔材料开辟新的应用领域,展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。
例如:铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐(silicon-aluminophosphate,SAPOs)、架构中引入二价金属的铝磷酸盐(metal-substituted AIPOs,MAPOs)已广泛应用于吸附、催化剂负载、酸催化、氧化催化(如甲醇烯烃化、碳氢化合物氧化)等领域。
内表面积大和孔容量高的活性炭,由于具有高的吸附量以及可从气液中吸附不同类型的化合物等特性已成为主要的工业吸附剂。
此外介孔碳制得的双电层电容器材料的电荷储量高于金属氧化物粒子组装后的电容量,更是远高于市售的金属氧化物双电层电容器。
二氧化钛基介孔材料具有光催化活性强、催化剂载容量高的特点,其结构性能和表征方面的研究颇多。
分子筛结构类型及其典型材料
分子筛结构类型及其典型材料分子筛是一类具有特定孔径和结构的固体材料,可以用于分离、吸附、催化等领域。
根据其结构类型的不同,分子筛可以分为多种类型,每种类型都有其典型的材料。
一、沸石型分子筛沸石型分子筛是最常见的一类分子筛,其结构由SiO4和AlO4四面体通过氧原子连接而成。
沸石型分子筛具有丰富的孔道结构,可以通过调节合成条件来控制其孔径和孔隙度。
其中,典型的沸石型分子筛材料包括ZSM-5、MCM-22等。
ZSM-5是一种具有中等孔径的沸石型分子筛,其孔径约为0.54纳米。
由于其孔径适中,ZSM-5可以用于分离分子尺寸较小的物质,如甲烷和乙烷。
此外,ZSM-5还具有良好的催化性能,在石油化工领域广泛应用于催化裂化等反应中。
MCM-22是一种具有大孔道结构的沸石型分子筛,其孔径约为0.72纳米。
由于其孔径较大,MCM-22可以用于吸附和分离分子尺寸较大的物质,如有机染料。
此外,MCM-22还具有良好的酸性质,可用作酸催化剂。
二、介孔型分子筛介孔型分子筛是一类具有较大孔径的分子筛,其孔径通常大于2纳米。
介孔型分子筛的结构类似于海绵,具有较大的比表面积和孔容,可用于吸附和催化反应。
典型的介孔型分子筛材料包括MCM-41、SBA-15等。
MCM-41是一种具有有序孔道结构的介孔型分子筛,其孔径可以通过调节合成条件在2-10纳米之间变化。
MCM-41具有高度有序的孔道排列,比表面积较大,可用于吸附和分离分子尺寸较大的物质。
此外,MCM-41还具有良好的催化性能,在催化反应中有广泛应用。
SBA-15是一种具有较大孔径和孔容的介孔型分子筛,其孔径可以通过调节合成条件在4-30纳米之间变化。
SBA-15具有非常高的孔容和比表面积,可用于吸附和分离大分子化合物,如蛋白质和DNA。
此外,SBA-15还具有良好的化学稳定性和催化性能。
三、其他类型的分子筛除了沸石型和介孔型分子筛外,还有一些其他类型的分子筛,如层状分子筛和中空分子筛。
常见分子筛类型
常见分子筛类型1.引言1.1 概述分子筛是一种特殊的多孔固体材料,它具有特定的晶体结构和孔隙结构。
通过选择不同的元素和化学组成,可以产生出各种不同类型的分子筛材料。
这些分子筛材料广泛应用于催化、吸附、分离等领域,并且在化工、环保、能源等行业中具有重要的应用价值。
概括地说,分子筛可以看作是一张由硅铝氧桥连组成的三维网状结构。
这种特殊的结构赋予了分子筛独特的物理和化学性质,尤其是它的孔隙结构。
分子筛的孔隙可以分为微孔、介孔和宏孔三种类型。
微孔是指孔径小于2纳米的孔隙,介孔是指孔径在2纳米到50纳米之间的孔隙,而宏孔则是指孔径大于50纳米的孔隙。
根据不同的晶体结构和孔隙结构,可以将常见的分子筛类型分为许多种类。
例如,沸石是一种常见的分子筛类型,具有三维的孔洞结构以及良好的热稳定性。
沸石广泛应用于催化剂和吸附剂领域。
另外,介孔材料如MCM-41和SBA-15也是常见的分子筛类型,具有较大的孔隙结构和高度有序的排列方式。
这些介孔材料在催化和分离领域有着重要的应用。
随着科学技术的不断发展和进步,越来越多的新型分子筛材料被发现和合成。
这些新型的分子筛材料具有更复杂的结构和更高的性能,为催化、吸附和分离等领域的应用提供了新的可能性。
因此,深入研究和了解常见分子筛类型的特性和应用,对于提升分子筛材料的设计和合成能力具有重要的意义。
在本文中,我们将介绍常见的分子筛类型A和类型B的特点和应用,并对未来分子筛材料的发展方向进行展望。
1.2 文章结构文章结构部分的内容:本文主要介绍常见分子筛类型。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言在引言部分,首先对分子筛进行概述,指出它在化学和材料科学领域的重要性和应用广泛性。
然后介绍本文的结构和目的,提醒读者本文将主要涵盖哪些内容以及达到的目标。
2. 正文正文部分将分为两个子部分,分别介绍常见的分子筛类型A和分子筛类型B。
2.1 常见分子筛类型A在此部分,将详细介绍常见的分子筛类型A。
MCM-48介孔分子筛的合成与表征
采用正硅酸乙脂作为硅源 , 十六烷基三甲基澳化铵作为模板剂 , 采用摩尔配比为 n(i 。 : C A : H0) SO ) n( T B) n( 。 :n( a H) NO :
1: .5: 0: . , O 4 6 O 8 通过水热合成方法 合成 了 MC 4 4 M- 8分子筛 , 通过 用 XR T M( D )D AT F 一R、 2 D、 E E S 、 T /G、『 I N 吸附脱附等对合
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收稿 日 : 1— 1 2 期 2 0 0— 7 0 基金项 目: 上海市科委重点项k ( 4 编号 :7 6 5 2 ) 0 1 0 1 2
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分子筛的种类资料
分子筛的种类资料分子筛是一种具有特定孔径和孔隙结构的固体材料。
它可以通过选择适当的材料和制备方法来调控其孔径和孔隙结构,从而实现对分子尺寸和形状的选择吸附和分离作用。
下面将详细介绍几种常见的分子筛种类。
1. 无定形分子筛(Amorphous molecular sieve)无定形分子筛是一种由无定形固体或有机高分子材料构成的分子筛材料。
它的优点是具有高度可控的孔结构和分子选择性,同时还具有较高的热稳定性。
这种材料可以通过裁剪和调控无定形材料的形状和尺寸来得到特定的输出孔径和孔隙结构。
2. 沸石(Zeolite)沸石是一种具有特殊孔径和孔隙结构的天然或人造硅铝酸盐矿物,属于骨架型结构。
它具有高度有序的孔隙结构,可以提供高度选择性的吸附和分离效果。
沸石广泛应用于催化剂、吸附剂和分离材料等领域。
根据其孔径大小的不同,沸石可以分为A型沸石、X型沸石、Y型沸石等多种类型。
3. 介孔分子筛(Mesoporous molecular sieve)介孔分子筛是一种具有较大孔径(2-50纳米)的分子筛材料。
相比于传统的沸石,介孔分子筛具有更大的孔径和更高的孔隙度,因此具有更高的负载能力和传质速率。
这种材料常用于催化剂和吸附剂等领域。
4. 金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)金属有机框架材料是一种由金属离子或簇与有机配体形成的网状结构材料。
MOFs具有高度可调控的孔径和孔隙结构,可通过选择合适的有机配体和金属离子来调节其物理和化学性质。
这种材料具有极高的表面积和吸附能力,广泛应用于气体分离、催化剂和药物储存等领域。
5. 炭分子筛(Carbon molecular sieve)炭分子筛是一种由碳材料构成的分子筛材料。
它可以通过选择合适的碳材料和制备条件来调节其孔径和孔隙结构,从而实现对分子的选择性吸附和分离作用。
炭分子筛具有较高的化学和热稳定性,常用于气体分离和催化反应等领域。
表面化学(介孔分子筛)
二、介孔材料的优越性质
具有高度有序的孔道结构 孔径呈单一分布 可以具有不同的结构、孔壁组成和性质 无机组分的多样性 高比表面,高孔隙率
三、介孔分子筛的合成
水热合成法 室温合成 微波合成 湿胶合成法 相转变法 非水体系中合成等方法 。
介孔分子筛材料的合成流程图
介孔机构生成机理
液晶模板机理 协同作用机理
广义模板机理等
液晶模板机理
下图是Moil公司科学家提出液晶模板机理,
协同作用机理
四、介孔分子筛的应用
在化工中的应用 催化剂、化工分离、高分子合成 在生物和医药中的应用 酶和蛋白质等的固定和分离 在环境保护中的应用 降解有机废物、气体吸附剂、水质进化 等
介孔分子筛
内容提要
1 2 3 4
简介
优越性
合成
应用
一、介孔分子简介
18世纪中叶,人们通过对天然沸石(硅铝酸盐)的 研究,提出了”分子筛”的概念 。
按孔径大小分为三类,其中介于2nm~50nm之 间的称之为介孔分子筛。 1992年,Mobil石油公司的科学家合成了介孔 系列材料M41S 该系列材料包括六方状的MCM一41、立 方状的MCM一48和层状的MCM一50等
有序介孔分子筛sba-15的改性研究进展
第48卷第12期2019年12月应㊀用㊀化㊀工AppliedChemicalIndustryVol.48No.12Dec.2019收稿日期:2019 ̄04 ̄11㊀㊀修改稿日期:2019 ̄05 ̄09基金项目:宁夏自然科学基金研究项目(NZ17094)作者简介:张志(1995-)ꎬ男ꎬ安徽铜陵人ꎬ北方民族大学在读硕士ꎬ师从袁红教授ꎬ研究方向为可再生能源㊁固体酸催化剂的制备ꎮ电话:19995385102ꎬE-mail:1558738905@qq.com通讯联系人:袁红ꎬ教授ꎬ硕士生导师ꎬE-mail:yhyxw_co@163.com有序介孔分子筛SBA ̄15的改性研究进展张志1ꎬ袁红1ꎬ2(1.北方民族大学化学与化学工程学院ꎬ宁夏银川㊀750021ꎻ2.国家民委化工技术重点实验室ꎬ宁夏银川㊀750021)摘㊀要:综述了有序介孔分子筛SBA ̄15材料由于其骨架缺陷少ꎬ导致催化活性较低ꎬ为了扩展其在催化㊁大分子吸附领域的应用ꎬ需要在SBA ̄15表面引入活性组分的现状ꎮ从改性机理和方法出发ꎬ并结合了近年来国内外研究现状ꎬSBA ̄15在金属改性和酸改性领域的应用ꎬ对今后的研究方向做出了展望ꎮ关键词:SBA ̄15ꎻ金属改性ꎻ酸改性ꎻ催化ꎻ吸附中图分类号:TQ125.1ꎻTQ131.1ꎻO613.72㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1671-3206(2019)12-3032-05ResearchprogressonmodificationoforderedmesoporousmolecularsieveSBA ̄15ZHANGZhi1ꎬYUANHong1ꎬ2(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineeringꎬNorthMinzuUniversityꎬYinchuan750021ꎬChinaꎻ2.KeyLaboratoryofChemicalTechnologyoftheStateEthnicCommitteeꎬYinchuan750021ꎬChina)Abstract:ItisreviewedthattheorderedmesoporousmolecularsieveSBA ̄15materialhaslowcatalyticactivityduetoitssmallskeletondefects.InordertoexpanditsapplicationinthefieldofcatalysisandmacromolecularadsorptionꎬitisnecessarytointroduceactivecomponentsonthesurfaceofSBA ̄15.Start ̄ingfromthemodificationmechanismandmethodꎬcombinedwiththeresearchstatusathomeandabroadinrecentyearsꎬtheapplicationofSBA ̄15inthefieldofmetalmodificationandacidmodificationhasmadeaprospectforfutureresearchdirections.Keywords:SBA ̄15ꎻmetalmodificationꎻacidmodificationꎻcatalysisꎻadsorption㊀㊀自1992年美孚公司的科研工作者们使用离子表面活性剂在碱性条件下合成M41S系列介孔分子筛材料之后[1 ̄3]ꎬ介孔材料就成为近年来国内外研究热点之一ꎬ到1998年ꎬ赵东元课题组制备出了更大的孔径可调范围㊁孔壁中相互交联着微孔且厚度增加㊁水热稳定性更好ꎬ且具有择型催化的介孔分子筛SBA ̄15ꎬ并且在吸附催化等领域具有广泛的应用[4 ̄5]ꎮ但近年来ꎬ随着对SBA ̄15介孔分子筛的研究ꎬ发现SBA ̄15作为纯氧化硅材料ꎬ其骨架中的电荷平衡导致了晶格的缺陷ꎬ在催化㊁大分子吸附上应用受到限制ꎬ需要对其进行改性修饰ꎬ引入活性位点[6 ̄9]ꎮ目前ꎬ对SBA ̄15分子筛进行各种改性从而使其具有更好的催化活性是研究的重点ꎮ1㊀改性机理徐如人等[10]经研究表明:SBA ̄15的表面存在孤立㊁孪式以及氢键型羟基ꎬ如图1所示ꎮ其中前两类属于活性羟基ꎬ且氢键型羟基在一定条件下(如加热)可以转换成具有活性的羟基位[11]ꎮ图1㊀SBA ̄15表面羟基存在形式示意图Fig.1㊀FormsofsurfacehydroxylgroupinSAB ̄151.1㊀静电作用机理[12]该机理的本质是利用静电相互作用ꎬ阴阳离子之间可以作用在任何方向上ꎬ介孔SAB ̄15分子筛材料的表面具有大量活性羟基ꎬ根据颗粒表面上相反电荷的相互吸引完成包覆改性ꎬ所以改性物质的包覆量在一定条件下取决于活性羟基的数量ꎮ1.2㊀化学键键合作用机理[13]即利用硅烷偶联剂YSiX3(其中X通常为甲氧第12期张志等:有序介孔分子筛SBA ̄15的改性研究进展基㊁乙氧基等水解性官能团ꎬY为乙烯基㊁氯基㊁氨基等非水解性官能团)水解产生的硅羟基与介孔分子筛SBA ̄15表面的丰富羟基形成氢键ꎬ同时进行加热ꎬ产生缩合脱水反应ꎬ通过形成Si O Si型共价键而将硅烷偶联剂键合到分子筛表面ꎬ并使硅烷偶联剂定向排列 形成稳定球形颗粒 保证了均匀分散性ꎮ2㊀改性方法按照引入催化活性中心的不同方式ꎬSBA ̄15的改性方法可分为两大类:即原位共缩合法(也称为一锅法)[14]和后合成法[15]ꎬ前者是将杂原子前驱体化合物随原料一起加入ꎬ通过在骨架形成和晶化过程将杂原子嵌入骨架ꎮ后者通过在已经制备好SBA ̄15并去除模板剂后ꎬ再对对子筛进行改性ꎮ以上介绍的方法有各自的优缺点ꎬ如下表1ꎬ但都能从不同的方面提高SBA ̄15的催化性能ꎮ朱玉镇等[18]以柠檬酸氧钒配合物为前驱体ꎬ在酸性条件下采用原位共缩合法合成了V/SBA ̄15ꎬ且改性后的材料仍能保持高度有序的介孔结构ꎬ合成的V/SBA ̄15分散度较好ꎬ在催化氧化乙苯制苯乙酮中有较高的催化活性ꎮTalha等[19]采用后合成法制备了SBA ̄15 ̄Alꎬ成功的将铝原子嵌入到SBA ̄15骨架中ꎬ通过表征可以发现铝的引入大大降低了微孔率ꎬ并未改变原有的高度有序性ꎬ且通过酯化实验发现SBA ̄15 ̄Al具有较强的布朗斯台德酸性质ꎬ催化活性和90%生物柴油相当ꎮ表1㊀原位共缩合法和后合成法的优缺点比较Table1㊀Comparisonofadvantagesanddisadvantagesofin ̄situco ̄condensationandpost ̄synthesis改性方法优点缺点原位共缩合法[16]过程简单ꎬ金属或官能团进入骨架所得材料有序性和水热稳定性降低后合成法[17]保证改性后材料的结构有序性和水热稳定性步骤复杂且改性基团容易脱落㊀㊀依据引入组分的不同ꎬ又分为金属改性和酸改性ꎬ下面将分别从金属改性和酸改性两个方面分别进行阐述ꎮ3㊀SBA ̄15的改性研究及其应用3.1㊀金属改性及其应用对于金属改性SBA ̄15的研究报道一直是大家关注的热点ꎬ本节侧重于非贵金属㊁贵金属㊁双金属改性SBA ̄15应用方面的论述ꎮ3.1.1㊀非贵金属改性㊀对于钴基催化剂在费托反应中的研究[20 ̄23]已经有相当长的一段时间了ꎬ自有序介孔分子筛SBA ̄15问世以来ꎬ国内外很多研究费托反应的课题组将目光转向了这个具有大比表面积㊁孔径可调的有序介孔分子筛上ꎬ研究人员结合之前的研究ꎬ对SBA ̄15负载钴进行了大量的实验ꎮWang等[24]在不同条件下制备了孔径在3.6~12nm的SBA ̄15介孔分子筛材料ꎬ通过对比实验来研究孔径大小对钴负载量的影响ꎮ实验结果显示ꎬ当SBA ̄15孔径较小(ɤ3.6nm)时ꎬ钴难以进入其孔道内ꎻ当采用孔径在5.5nm负载有机钴Co(CH3COO)2/(CH3COCHCOCH3)2Co作为钴前体时ꎬ钴的负载量能达到20%ꎬX射线衍射没有四氧化三钴衍射峰ꎬ可见钴进入了SBA ̄15孔道内ꎬ且具有较好的分散性ꎮ将制好的20%Co/SBA ̄15催化剂于2.0MPa的压力和523K的温度下用于费托反应中ꎬ发现其活性低于传统载体ꎬ推测原因可能为所制得的样品还原性较低ꎬ从而导致活性不高ꎮGhampson等[25]针对孔径大小对于钴的还原性影响做了研究ꎬ经过相关表征的出结论ꎬ当孔径较大(>5nm)时才会出现钴的还原性有明显提高ꎬ在费托反应中的催化性能明显提高ꎮ因此ꎬ选择合适介孔SBA ̄15的孔径大小是提高Co/SBA ̄15在费托反应中催化活性的关键ꎮLiu等[26]采用沉积 ̄沉淀(DP)法制备了用于氨分解生产无COx和氢气的Ni/SBA ̄15催化剂ꎬ对氨裂解制无氧氢具有较高的活性和稳定性ꎮSBA ̄15的孔结构通过DP制备工艺保留下来ꎬ然后煅烧还原ꎬ但DP时间对其组织性能有显著影响ꎮ由于其镍粒径小ꎬ分散性好ꎬ烧结强度高ꎬ因此具有较高的催化性能和稳定性ꎬNi/SBA ̄15催化剂的氨转化率在873K以上达到96%ꎬ在分解氨生产无COx上具有很大的应用价值ꎮRen等[27]采用氨气/水蒸气预处理法制备了利用浸渍法SBA ̄15负载Ni型催化剂ꎬ并通过萘加氢反应对催化剂活性进行了研究ꎬ与未预处理的催化剂相比ꎬ预处理的催化剂具有明显的活性ꎬ萘转化率经预处理后转化率提高到了约100%ꎮ预处理过程中NH4NO3的形成有助于减少NO2/O2的生成ꎬ从而增强NiO的弥散ꎬ被认为是NiO弥散增加和氨/水蒸气预处理催化剂活性增强的主要原因ꎮ故选择合适孔径的SBA ̄15以及用氨气/水蒸气预处理对制备在费托反应中具有高催化活性的Co/SBA ̄15有较大帮助ꎮ含铁介孔材料具有独特的催化性能ꎬ在烷烃氧化㊁N2O分解㊁烃类或氨氧化存在下NO和N2O选择性催化还原等方面表现出独特的催化行为[28]ꎬ因此具有特殊的研究价值ꎮ然而ꎬ这些含铁的SBA ̄15材料基本上是通过后合成路线制备的ꎮ将金属离子直接引入到SBA ̄15的框架中是一项非常具有挑战性的工作ꎬ因为在强酸性介质中形成金属 O Si键是非常困难的ꎬ而强酸性介质通常对SBA ̄15的3303应用化工第48卷合成是必不可少的ꎮLeonardo[29]和同事报道了用Fe(NO3)3㊁乙醇溶液浸渍SBA ̄15的初湿性法制备了Fe ̄SBA ̄15ꎬ其在费托合成中表现出良好的活性ꎮSun等[30]首次报道了在自生酸性环境(即不使用无机酸)ꎬ前体在不需要无机酸的自生弱酸性环境中进行水解和缩合ꎮ采用不同的Fe/Si比例和不同时期的正硅酸四乙酯(TEOS)预水解来修饰Fe ̄SBA ̄15的结构和结构ꎬ研究了铁源(硝酸铁㊁氯化铁㊁硫酸铁)对Fe ̄SBA ̄15性质的影响ꎬ经表征可知所得的Fe ̄SBA ̄15材料被证明拥有Brønsted和Lewis酸性位点ꎬ所得的Fe ̄SBA ̄15具有良好的热稳定性和水热稳定性ꎬ同时ꎬAl ̄SBA ̄15[31]和Cr ̄SBA ̄15[32]也可以通过相同的合成方法制备ꎮAzzouz等[33]通过在介孔通道中加入Fe0纳米粒子(Fe(0) ̄Nps)ꎬ合成了SBA ̄15 ̄Feꎮ透射电镜和X射线衍射结果表明ꎬ细小的纳米粒子(NPs)的分散主要发生在SBA ̄15通道内ꎬ结构致密程度较轻ꎬ与此同时ꎬ在氢吸附试验和阻抗测量的支持下ꎬ对氢的亲和力和电导率都有了显著的提高ꎬ实验结果为SBA ̄15作为潜在的储氢吸附剂和氢传感器载体开辟了新的前景ꎮ但由于用铁来代替贵金属来设计这种材料是一种新事物ꎬ因为由于铁对空气和水的高反应性ꎬ想要这些技术得到进一步发展ꎬ应该解决这个问题ꎮ3.1.2㊀贵金属改性㊀Wang等[34]以金属前体H2PtCl66H2O㊁Pd(C2H3O2)2㊁RuCl33H2O为载体ꎬ采用湿法浸渍法制备负载型贵金属催化剂M ̄SBA ̄15ꎬPt/SBA ̄15催化剂在二苯并呋喃(DBF)进行的加氢脱氧(HDO)反应中表现出优于Pd和Ru/SBA ̄15的HYD活性ꎬTOF值(1196h-1)和初始反应速率均较高ꎬ但Ru催化剂在含氧中间体脱氧过程中表现较好ꎬ可以获得更多的碳氢化合物ꎮ近些年关于金改性SBA ̄15介孔分子筛的报道也比较多ꎬ之前关于Au ̄SBA ̄15型材料报道的大多数方法都是在介孔材料的孔道内合成纳米金颗粒[35]ꎬ而Mantri等[36]研究出了一种合成硅内壁中含有金纳米颗粒的SBA ̄15型有序介孔材料的新方法ꎬ通过在三嵌段共聚物存在下使用氯金酸与缩合硅酸盐氧化聚合苯胺来合成含有金纳米结构的非常高表面积的Au ̄SBA ̄15型材料ꎬ根据X射线衍射(XRD)ꎬ去除模板导致在二氧化硅壁内形成金纳米结构而未影响其周期性多孔结构ꎬ这些材料的表面积和孔隙体积非常大ꎬ这是由存在于硅胶内壁内的金纳米颗粒形成的微孔造成的ꎬ本质上是在内壁内形成了微孔ꎮ3.1.3㊀双金属改性㊀由前面的介绍可以知道金属渗入是提高有序介孔SBA ̄15性能的有效方法ꎬ但之前被研究大多集中在单金属的引入ꎬ虽然关于双金属修饰改性SBA ̄15方面的探索还比较少ꎬ但是双金属共同修饰SBA ̄15表面时ꎬ会发现比单金属修饰时更好的催化性能ꎮZheng等[37]开发了一系列用于纤维素转化的双金属催化剂ꎬ包括在不同载体上负载的Ru ̄W㊁Ni ̄W㊁Ir ̄W和Pt ̄Wꎮ结果表明ꎬNi ̄W/SBA ̄15催化剂的最大产率为75.4%ꎮ罗资琴等[38 ̄39]以SbCl3为锑源ꎬ在V ̄SBA ̄15的基础上采用嫁接法制备了Sb ̄V ̄SBA ̄15有序介孔分子筛ꎮ经过表征可以知道所制得的样品孔径和比表面积小幅减小ꎬ也表明了由于锑的引入而导致五氧化二钒在SBA ̄15孔道里的分散性更好ꎮ研究了其在苯乙烯氧化制备苯甲醛中的催化应用ꎬ利用锑的引入能够抑制苯甲醛进一步氧化成苯甲酸ꎬ提高了反应的选择性ꎬ研究表明ꎬ当n(Si)/n(V)=25ꎬn(Sb)/n(V)=0.8时ꎬ催化剂的活性㊁选择性最好ꎮ同时再重复使用四次后ꎬ转化率和选择性变化不明显ꎬ体现了Sb ̄V ̄SBA ̄15的稳定性ꎮMalgorzata等[40]首次报道了未改性的有序介孔分子筛SBA ̄15上吸附水溶液中的银和铂离子ꎬ制备了一系列不同Pt/Ag比的双金属铂㊁银/SBA ̄15材料ꎬ通过光声光谱法证明了SBA ̄15表面成功结合了Pt㊁Ag双金属ꎬ由X射线衍射和透射分析可以知道双金属的引入并没有破坏原有有序介孔SBA ̄15的有序孔结构ꎮ3.2㊀酸改性及应用在现代化工生产中ꎬ酸催化剂应用十分广泛ꎬ尤其是具有高效催化性能的均相液体酸催化剂ꎬ但随着近年来对于环保的重视ꎬ液体酸因其具有腐蚀设备㊁回收困难㊁可重复性差等缺陷而不再成为首选ꎬ研究者们逐渐把目光转向了绿色可回收型的非均相固体酸催化剂ꎮSBA ̄15作为纯硅分子筛材料ꎬ其较大且可调的孔径对于有大分子参与的有机反应可以提供较大的扩散空间ꎬ从而让反应更充分ꎬ但由于本身缺乏酸性位点而在催化工业受到限制ꎬ因此可以对SBA ̄15进行酸改性ꎮ根据不同反应所需可以采用不同的方式进行酸改性ꎬ包括直接使其负载酸性集团以及负载具有B/L酸性的单金属㊁金属氧化物或固体酸ꎬ再根据需要进行后处理ꎮ3.2.1㊀酸性官能团( SO3H)改性㊀介孔分子筛SBA ̄15中大孔径㊁丰富的硅羟基( Si OH)为其在利用表面官能团制备有机 ̄无机型材料提供特有的优势ꎮ而采用有机硅烷偶联剂水解产生( Si OH)与介孔分子筛表面硅羟基反应生成(Si O Si)ꎮ袁兴东用硅烷偶联剂(3 ̄巯丙基三甲氧基硅烷)作为有机接枝剂ꎬ双氧水作为氧化剂分别采用原位共缩合法[16]和后合成嫁接法[17]分别制备了SBA ̄15 ̄SO3H介孔分子筛ꎬ经过红外和核磁表征证4303第12期张志等:有序介孔分子筛SBA ̄15的改性研究进展明合成的催化剂中含有磺酸基团ꎬX射线衍射㊁氮气吸脱附㊁透射表征表明合成的催化剂具有大比表面积㊁孔径㊁孔容ꎬ与未经修饰的SBA ̄15对比发现未破坏原有的孔结构ꎬ但通过一步法制备的SBA ̄15 ̄SO3H未能保持分子筛的介孔有序性ꎮ通过酯化实验对比可以知道共缩合法所制得的催化剂具有操作简单㊁水热稳定性更高㊁催化活性更高等优点ꎮMahuya等[41]以3 ̄巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)为前驱体ꎬ通过氧化转化制备了酸性改性材料ꎮ采用X射线衍射法和N2物理吸附法测定了催化剂的中间相和孔隙率ꎬ表明在制备过程中没有孔结构坍塌ꎮ研究发现ꎬSBA ̄15 ̄SO3H材料是三乙酸与甲醇酯交换反应的活性催化剂ꎬ当在70ħ下反应18h后转换率达到65%ꎬ对催化剂进行4次重复性实验发现其具有较好的重复利用性ꎮSherry等[42]用三巯丙基三甲氧基硅烷为改性剂ꎬ通过直接合成法合成了SBA ̄15 ̄SO3Hꎬ在催化甘油三酯的酯交换时ꎬ反应25h转化率达到85%ꎮ3.2.2㊀负载有序介孔固体超强酸SO2-4/ZrO2㊀有序介孔固体超强酸SO2-4/ZrO2表面含有较强的L酸位点[43]ꎮ因此ꎬ硫酸化氧化锆粉末在具有大比表面积的SBA ̄15上分散应能大大提高介孔催化剂的酸性和物理性能ꎮMohd等[44 ̄45]使用尿素水解法用不同硫酸化氧化锆负载量下(5%ꎬ15%和20%)ꎬ在SBA ̄15上负载硫酸化氧化锆ꎬ采用多种表征技术研究了负载硫酸化氧化锆对SBA ̄15催化剂理化性能的影响ꎮ结果表明ꎬ较大的比表面积并不是决定催化剂活性的主要因素ꎬ尤其是在涉及该大分子的反应中ꎮ同时研究发现ꎬ反应受催化剂上活性位点的数量以及孔径的影响ꎬ反应温度的升高和催化剂负载的增加提高了棕榈酸的转化率ꎬ但由于孔隙特性限制了较大体积分子的扩散ꎬ不能获得较高的收率ꎻ最终的数据表明在170ħ下ꎬ负载15%氧化锆制备的SZ/SBA ̄15其表面酸度最高㊁活性最高㊁催化转化率88%ꎬ单核苷收率44%ꎻ此外ꎬSZ/SBA ̄15催化剂可以重复使用4次ꎬ而不会显著丧失催化活性ꎮAbdullah等[46]研究了月桂酸在不同条件下通过硫酸型氧化锆负载SBA ̄15上的选择性转化ꎬ采用不同的表征技术对制备的催化剂进行了结构表征ꎬ表明成功地将硫酸化氧化锆与有序介孔分子筛SBA ̄15相结合ꎬ同时保留了有序介孔结构ꎻ在负载16%氧化锆SZ/SBA ̄15催化剂和回流时间为3h条件下共反应6hꎬ收率最高达79.1%ꎮ月桂酸的转化率为94.9%ꎬ对月桂酸甘油酯的选择性约为83.4%ꎮChang等[47]利用水蒸气诱导水解的方法在有序介孔SBA ̄15上负载了硫酸化氧化锆ꎬ表征结果表明负载后的材料仍保留有序介孔结构ꎬ通过对比负载前后两种材料催化油酸和甲醇的酯化反应中发现负载后的催化活性明显提高ꎬ且重复3次后仍有70%酸性位点保留ꎮ4 总结与展望有序介孔分子筛SBA ̄15分子筛具有大的比表面积和规整的孔结构ꎬ通过金属改性和酸改性对SBA ̄15进行修饰ꎬ合成出了活性较高的催化新材料ꎬ在一定程度上改善了SBA ̄15ꎮ但还有一些问题需要在今后经过研究并解决ꎬ如:用金属改性SBA ̄15时ꎬ采用浸渍法时需要注意SBA ̄15的孔径大小ꎬ在合适的孔径上引入适量的金属才能发挥最好的催化活性ꎬ且需要制得的材料孔径可调ꎬ能够让活性组分在孔道内充分扩散ꎻ沉淀沉积法的应用范围较小ꎻ利用接枝改性修饰SBA ̄15时ꎬ虽然可以得到活性高的材料ꎬ但是存在活性基团易脱落㊁接枝试剂在分子筛表面难以完全除去㊁直接法难以保持有序介孔结构ꎮ因此ꎬ通过研究选择合适的改性方法找到合适的负载量从而提高活性组分在大比表面上的分散度和还原性能是未来需要重点关注的ꎮ参考文献:[1]㊀EverettDH.IUPACmanualofsymbolsandterminology[J].JPureApplChemꎬ1972ꎬ31:578 ̄638. 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介孔分子筛催化剂解读ppt课件
➢ 用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂,在中性条件下, 合成了 MSU
➢ HMS 代表 Hexagonal Mesoporous Silica(六方介孔氧化 硅)
➢ MSU 代表 Michigan State University material(密歇根州
立大学材料)
➢ 20世纪50年代,沸石的人工合成工业化
➢ 20世纪60年代,第一代分子筛催化剂
微
A型、X型、Y型、M型
孔
分
➢ 20世纪70年代,第二代分子筛催化剂
子
以ZSM-5为代表的高硅、三维交叉直孔道的新结构分子筛 筛
➢ 20世纪80年代,第三代分子筛催化剂
磷酸铝(AlPO4)系分子筛 钛硅(TS)分子筛
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将Ti, Zr,
➢ 杂原子的氧化-还原能力 氧化-还原催化反应活性中心 稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的
变化等等
➢ 硅系材料可于用催化,分离提纯,药物包埋缓释,气体传感 等领域
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火 灾 袭 来 时 要迅速 疏散逃 生,不 可蜂拥 而出或 留恋财 物,要 当机立 断,披 上浸湿 的衣服 或裹上 湿毛毯 、湿被 褥勇敢 地冲出 去
➢ 用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂 ➢ 孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化
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火 灾 袭 来 时 要迅速 疏散逃 生,不 可蜂拥 而出或 留恋财 物,要 当机立 断,披 上浸湿 的衣服 或裹上 湿毛毯 、湿被 褥勇敢 地冲出 去
MCM-41
• containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)
al mcm-41介孔分子筛的合成及表征
al mcm-41介孔分子筛的合成及表征
栗子
MCM-41是一种广泛应用的介孔分子筛,是空间改良的有序合成的有机-无机复合材料。
它
制备的孔结构序列可提供更容易的处理渠道,使生物分离、吸附吸收和催化反应在孔径调
控上取得非常有效的效果。
因此,它在一系列表面特性和催化活性方面保持着重要的地位。
MCM-41的合成需要有机-无机复合材料和介明碱类改性剂。
首先在金属氢氧化物有机-无机复合材料中溶解一段核心组份,然后在它们中加入改性剂,用振动坩埚加热,在一定条件
下形成合成分子筛。
MCM-41的表征通常包括反射和透射电子显微镜,X射线衍射,X射线荧光分析,汞渗入,
能谱,BET吸附衡量等技术。
此外,它可以表示孔径、比表面积、孔容积,以及比表面积
的分布和孔深的吸附能力。
MCM-41对于路易斯安那法求其扩散参数以及热性质等有重要的应用。
此外,它还被广泛应用于分离、吸附吸收和催化反应。
通过对其制备条件进行恰当改变,可以改变孔结构,这
样可以得到更好的性能和表现。
总之,MCM-41的合成和表征在其应用上非常重要,可以有效的改善特定应用的效率和性能。
常见分子筛及其应用
常见分子筛及其应用引言:分子筛是一种具有特殊孔道结构的材料,它可以通过选择性吸附分子的大小和形状,从而实现分离、吸附、催化等多种应用。
本文将介绍几种常见的分子筛及其应用。
一、分子筛的分类1. 分子筛可以根据孔道结构的尺寸和形状进行分类。
常见的分子筛有沸石类分子筛、介孔分子筛和非晶态分子筛等。
2. 沸石类分子筛是最常见的一类分子筛,具有三维网状结构。
根据孔道尺寸和形状的不同,可以分为A型、X型、Y型等。
其中,A型分子筛具有较小的孔径,适用于吸附小分子,如水分子和氧分子;X 型和Y型分子筛孔径较大,适用于吸附较大分子,如甲烷和乙烷。
3. 介孔分子筛具有较大的孔径,通常在2-50纳米之间。
由于其较大的孔道结构,介孔分子筛可以用于吸附大分子,如蛋白质和聚合物。
常见的介孔分子筛有MCM-41和SBA-15等。
4. 非晶态分子筛是一种没有明确孔道结构的分子筛。
它具有高度分散的孔道结构,可以用于催化反应和分离过程。
二、分子筛的应用1. 分离和吸附分子筛具有选择性吸附分子的能力,可以用于分离和提纯混合物。
例如,A型分子筛可以用于去除水中的杂质,使水达到纯净水的标准。
介孔分子筛可以用于去除废水中的重金属离子,实现废水的净化。
2. 催化反应分子筛具有较大的比表面积和孔道结构,可以提供大量的活性位点,用于催化反应。
例如,X型分子筛可以用于甲烷催化氧化反应,将甲烷转化为甲醛。
非晶态分子筛可以用于裂解重油,将重油转化为轻质燃料。
3. 气体吸附和存储分子筛可以选择性吸附气体分子,可以用于气体的分离和储存。
例如,Y型分子筛可以选择性吸附乙烯分子,用于乙烯的分离和提纯。
沸石类分子筛还可以用于储存氢气和甲烷等可燃气体。
4. 药物控释介孔分子筛具有较大的孔道结构,可以作为药物的载体,用于控制药物的释放速率。
通过调控介孔分子筛的孔道尺寸和表面性质,可以实现不同速率的药物释放,用于治疗各种疾病。
结论:分子筛作为一种具有特殊孔道结构的材料,具有广泛的应用前景。
介孔分子筛种类
介孔分子筛种类一、介孔分子筛的概述介孔分子筛是一种具有高度有序孔道结构的材料,具有大孔径、大比表面积和高孔隙度的特点。
这使得介孔分子筛在吸附、催化、分离和药物释放等领域具有广泛的应用前景。
二、SBA-15SBA-15是一种典型的介孔分子筛材料,具有均匀的孔道结构和可调控的孔径大小。
由于其高比表面积和大孔径特点,SBA-15常被用于催化剂的负载、药物传递系统和气体吸附等领域。
例如,SBA-15可以作为载体来固定金属催化剂,提高催化反应的效果。
此外,SBA-15还可用于制备具有控释性能的药物释放系统,通过调节孔径和孔道结构,实现药物的缓慢释放。
三、MCM-41MCM-41是另一种常见的介孔分子筛材料,具有有序的孔道结构和可调控的孔径大小。
MCM-41的孔径相对较小,通常在2-10纳米之间。
MCM-41具有良好的热稳定性和催化活性,因此在催化剂制备和催化反应中得到广泛应用。
此外,MCM-41还可用于吸附和分离领域,例如可以用于去除水中的有机污染物、分离杂质等。
四、SBA-16SBA-16是一种具有立方对称孔道结构的介孔分子筛材料,相比于SBA-15,SBA-16的孔道结构更为有序。
由于其孔径可调控的特点,SBA-16常被应用于催化剂负载、分离和储能等方面。
例如,SBA-16可以用作催化剂的载体,提高催化反应的效果。
此外,SBA-16还可用于气体分离,通过调节孔径和孔道结构,实现对不同大小分子的选择性吸附。
五、MSU-XMSU-X是一种具有均匀孔道结构的介孔分子筛材料,其孔径大小可调控。
由于其较大的比表面积和孔容量,MSU-X在催化剂负载、吸附和分离等领域有着广泛的应用。
例如,MSU-X可以用于制备高效的吸附剂,用于去除水中的重金属离子等有害物质。
此外,MSU-X 还可以用于制备具有分子选择性的催化剂,提高催化反应的效果。
六、总结介孔分子筛材料具有大孔径、大比表面积和高孔隙度的特点,广泛应用于催化、吸附、分离和药物释放等领域。
SBA-15(16)介孔分子筛的功能化修饰及其在多相催化中的应用共3篇
SBA-15(16)介孔分子筛的功能化修饰及其在多相催化中的应用共3篇SBA-15(16)介孔分子筛的功能化修饰及其在多相催化中的应用1SBA-15(16)介孔分子筛的功能化修饰及其在多相催化中的应用近年来,介孔分子筛作为一种新型催化剂广泛应用于多相催化反应中。
其中,SBA-15(16)介孔分子筛因其狭窄的孔道和高度有序的介孔结构,能够提高反应的选择性和活性,受到了广泛的关注。
但是,纯的SBA-15(16)介孔分子筛在一些催化反应中的应用还存在着一些局限性,比如其表面存在的硅氧键易受到水分子的攻击等问题。
为了解决这些问题,SBA-15(16)介孔分子筛的功能化修饰成为了当前研究的热点之一。
SBA-15(16)介孔分子筛的功能化修饰主要包括有机修饰和无机修饰两种方式。
其中,有机修饰主要是通过将含有活性基团的有机化合物与SBA-15(16)介孔分子筛表面的硅氧键反应,实现对其表面进行功能化改性。
无机修饰则是通过改变硅源和模板剂的种类和用量等条件,控制介孔分子筛的孔径大小和孔道结构等方面的性质。
有机修饰的功能化修饰方式具有灵活性高、适用范围广、对催化性能的影响较大等优点,因此被广泛应用于多相催化领域。
比如,通过在SBA-15(16)介孔分子筛表面引入羧基、烷基、烯基等功能基团,可以大大提高SBA-15(16)介孔分子筛的亲水性和稳定性,从而提高其催化效率和循环使用性能。
同时,有机修饰也可以实现对SBA-15(16)介孔分子筛表面孔道结构的调控,从而实现对反应产物的选择性和活性的优化。
无机修饰的功能化修饰方式则更多地是通过改变硅源和模板剂的种类和用量等条件来实现对SBA-15(16)介孔分子筛的修饰。
改变硅源的种类可以实现对SBA-15(16)介孔分子筛骨架的改变,从而实现对催化性能的优化;而改变模板剂的种类和用量则可以控制SBA-15(16)介孔分子筛内部孔径大小、孔道结构和表面含量等方面的性质。
比如,通过使用氢氧化钠(NaOH)作为模板剂,可以制备出孔径较大的介孔分子筛,并且能够对其孔道结构进行调控;而通过使用十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂,则可以实现对介孔分子筛表面的修饰。
分子筛简介解读
NaA、CaA、HY、NH4Y 等
在原型号前冠以分子筛孔径大小 4A 5A 3A Na96[ (AlO2)96(SiO2)96 ] 216 H2O 70% Na+ 被 Ca2+交换 70% Na+ 被 K+ 交换 孔径 4 Å 孔径 5 Å 孔径 3 Å NaA CaA KA
相应天然沸石矿物名称 M型 —— 丝光沸石型分子筛
Si/Al:
ZSM-5:可高达 50 ZSM-8:可高达100
全硅型沸石 Silicalite-1 和 Silicalite-2
憎水特性
ZSM-5
ZSM-11
其他分子筛
晶格取代杂原子沸石分子筛 P、Ti、V、Cr 等原子部分同晶取代 Si 或 Al 如,钛硅分子筛 —— TS-1与 ZSM-5 结构相同 TS-2与 ZSM-11结构相同 中(介)孔分子筛 M41s(MCM-41、MCM-22等)介孔分子筛 HMS介孔分子筛 SBA介孔分子筛 ……
三、分子筛的制备工艺
水热合成法 用于制取纯度较高的产品,以及合成自然界 中不存在的分子筛。将含硅化合物(水 玻璃、硅溶胶等 )、含铝化合物(水合氧化铝、铝盐等)、碱(氢氧化钠 、氢氧化钾等)和水按适当比例混合,在热压釜中加热一 定时间,即析出分子筛晶体。 水热转化法 在过量碱存在时,使固态铝硅酸盐水热转化 成分子筛。所用原料有高岭土、膨润土、硅藻土等,也可 用合成的硅铝凝胶颗粒。此法成本低,但产品纯度不及水 热合成法 离子交换法 通常在水溶液中将Na-分子筛转变为含有 所需阳离子的分子筛
几种常见的分子筛
型号
3A
4A 5A 13X
典型化学组成
K64Na32 [ (AlO2)96(SiO2)96 ] 216H2O
分子筛的定义分类特点和应用
分子筛的定义分类特点和应用分子筛是一种由无规排列的硅铝骨架构成的多孔材料。
它由大量微孔和介孔组成,能够选择性地吸附和分离分子。
分子筛的孔径大小一般在几个埃到几十个埃之间,因此它能够针对分子的大小和形状进行分子筛分。
分子筛可以根据其资料结构类型、骨架性质和孔径尺寸进行分类。
常见的分类方法包括层状分子筛、沸石类分子筛和有序介孔分子筛。
1.层状分子筛:层状分子筛的骨架由正离子通过与阴离子形成离子键而形成的层状结构。
常见的层状分子筛包括蒙脱石(Montmorillonite)和金纳石(Kaolinite)等。
2.沸石类分子筛:沸石类分子筛是一种由硅铝骨架和氧化锆等金属氧化物组成的多孔材料。
根据孔径尺寸的不同,沸石类分子筛可以分为LTA 型、FAU型、MFI型等不同的结构类型。
3.有序介孔分子筛:有序介孔分子筛是一种拥有规则孔道排列的介孔材料。
它的孔径尺寸通常较大,具有较高的比表面积和较好的结构稳定性,可以用于吸附、催化和分离等领域。
分子筛具有以下特点:1.多孔性:分子筛的骨架结构具有较多的微孔和介孔,使得分子筛具有较大的比表面积和孔容量,从而有利于吸附和分离效果较好。
2.选择性:由于分子筛的孔径尺寸大小不同,可以选择性地吸附各种分子。
这种选择性可以通过选择具有合适孔径尺寸的分子筛或通过调控分子筛的孔径尺寸来实现。
3.热稳定性:分子筛的硅铝骨架具有较好的热稳定性,能够在高温下保持其结构完整性。
这使得分子筛能够在高温催化反应中使用。
4.酸碱稳定性:分子筛的多孔结构具有较好的酸碱稳定性,能够在酸碱环境中有效工作,使得分子筛在催化和吸附过程中能够保持较好的性能。
分子筛在许多领域具有重要的应用价值,包括:1.催化剂:分子筛具有较大的比表面积和孔容量,能够提供较多的活性位点,并且能够选择性地吸附分子,因此在催化反应中得到广泛应用。
分子筛可以用于催化剂的制备以及吸附剂的分离和再生。
2.吸附剂:分子筛的多孔结构使得其能够选择性地吸附分子,因此在气体吸附、固体吸附和液体吸附等领域具有重要应用。
介孔分子筛SBA15的研究进展
介孔分子筛SBA15的研究进展介孔分子筛SBA15是一种具有规则排列介孔结构的硅铝酸盐材料,由于其独特的孔道结构和良好的吸附性能而备受。
在众多工业领域,SBA15被广泛应用于催化剂、吸附剂、分离膜等领域。
近年来,随着材料科学和纳米技术的迅速发展,SBA15的研究取得了显著的进展。
本文将介绍SBA15的制备方法、结构特点和应用现状,并展望未来的研究方向。
介孔分子筛SBA15的制备方法主要包括模板法、反模板法、无模板法等。
其中,模板法是最常用的制备方法,通过将硅源、铝源和模板剂混合加热,再经过脱模板和高温焙烧得到SBA15。
反模板法则是将已合成的SBA15作为模板,通过离子交换和热处理得到目标分子筛。
无模板法是通过调控反应条件,直接合成SBA15,但难度较大。
SBA15具有有序的介孔结构,孔径大小可在2-10纳米范围内调节,具有较高的比表面积和孔容。
介孔分子筛SBA15在很多领域都显示出了广泛的应用前景,如催化剂、吸附剂、分离膜等。
在催化剂领域,SBA15作为酸性催化剂,可用于裂化反应、异构化反应、烷基化反应等。
在吸附剂领域,SBA15对某些金属离子和有机物具有较好的吸附性能,可用于水处理、气体分离和有害物质的吸附。
在分离膜领域,SBA15具有较高的透水性和选择性,可用于分离水和有机溶剂。
然而,目前的研究还存在着一些不足之处。
SBA15的制备方法仍需进一步优化,以提高产率和纯度。
SBA15的应用领域还有待进一步拓展,尤其是在光电、储能等新兴领域的应用研究尚处于起步阶段。
对于SBA15的孔道结构和表面性质的研究仍需深入,以更好地理解其性能和应用。
本文采用模板法合成了介孔分子筛SBA15,并通过XRD、N2吸附-脱附等表征方法对其结构和性能进行了详细研究。
同时,利用原位红外光谱和量子化学计算等方法,对SBA15的表面性质和吸附机理进行了深入探讨。
通过调整模板剂的种类和浓度,成功合成了具有有序介孔结构的SBA15分子筛。
中孔(介孔)分子筛的结构特点及催化作用
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中孔分子筛的分类
1、按骨架组成分类:按照骨架组成的不同,中孔分 子筛可以分为纯硅中孔分子筛、杂原子中孔分子筛、 磷酸盐型中孔分予筛、金属氧化物中孔分子筛、纯 金属中孔分子筛、非氧化物骨架中孔分子筛等。 2、按物相结构分类:按照物相结构的不同,中孔分 子筛又可以分为六角相、立方相、层状相等。
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结构特点
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结构特点
MCM-41和MCM-48孔道结构示意图
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催化作用
目前对中孔分子筛的应用开发研究主要集中在对 MCM-41 的改性产物和MCM-48 的催化应用研究。
中孔分子筛酸催化性能
何农跃等将Fe(ш)离子引人MCM-41中得到Fe-MCM-41 催化剂,用于催化苯的苄基化反应,在60℃下反应2h, 转化率达到92%。 Al-MCM-41 的温和酸性适合于长链烷烃的异构化和裂 解反应。Al-MCM-41催化裂解反应的活性要比Y 沸石 和FCC( fluid cracking catalyst) 催化剂好,特别是裂解1, 3, 5-三异丙基苯。
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催化作用
中孔分子筛碱催化性能 Kloetstra 等报道,将Na+ 和Cs+ 引入MCM-41骨架中 制得Na-MCM-41和Cs-MCM-41碱性分子筛,对苯甲 醛和氰基乙酸乙酯的Knoevenagel 缩合反应有很好的 活性和选择性。
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催化作用
中孔分子筛氧化还原性能
将Ti引入MCM-48骨架中,制得Ti-MCM-48催化剂, α-二十碳醇氧化为α-二十碳酸的催化活性很高。类 似地将Zr、Cu、Mo、Co等引入MCM-48中也有很高 的催化氧化活性。类似地将zr、Cu、Mo、Co等引入 MCM-48中也有很高的催化氧化活性。
中孔(介孔)分子筛的结构 特点及催化作用
多级孔道分子筛材料
2. 双模板剂分步水热合成
先合成微孔分子筛,在其还为完全
结晶时,加入介孔分子筛的模板剂,然
后进一步结晶。
多级孔道分子筛材料同时具有微 孔分子筛和介孔分子筛优点,具有很 高的酸性、水热稳定性及多级孔道结
构,同时具有很好的择形性能和传质
能力。有望在重ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ裂化、大分子催化
等领域中发挥重要的作用。
1.微孔沸石分子筛简介
1.1 沸石:最早是指天然的微孔硅铝酸盐。其化学 组成可表示为:
[M(Ⅰ),M(Ⅱ)]O·Al2O3·nSiO2·mH2O 式中M(Ⅰ)和M(Ⅱ)表示一价和二价金属离子 n表示硅铝比
m表示结晶水的数量
20世纪50年代开始,开始进行沸石人工合成的 研究,即沸石分子筛。
1.2 沸石分子筛的结构 分子筛的结构可分为三个层次:
具有较好的扩散性能,适用与较大分子的
反应。但是由于介孔分子筛孔壁较薄,而
且为无定形态,所以其水热稳定性较差。
为了弥补两种分子筛各自的不足,如 果能将两种分子筛结合到一起,就可以得 到更加让人满意的催化剂。
3. 多级孔道分子筛材料
3.1 合成方法 1. 对微孔沸石分子筛进行酸碱处理
(a)为处理前
(b)为处理后
1.3 沸石分子筛的合成方法
水热合成法:将硅源、铝源、模板剂和溶剂
等按照一定配比配好,然后经陈化、结晶、 过滤、洗涤、干燥和焙烧等步骤,最重得到 特定孔道结构的沸石分子筛。
1.4 沸石分子筛的催化作用
1. 沸石分子筛具有强酸性。可用于石油工业 的催化裂化、烷基化、甲烷化、异构化等。 2. 引入金属杂原子,可以改变分子筛的催化 性能。比如钛硅分子筛TS-1。在分子筛骨架 内引入金属钛后,使其在双氧水氧化体系中 具有优异的性能。
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介孔分子筛
Mesoporous Materials
1、什么是介孔分子筛?
国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)的定义:
介孔材料就是孔径在 2-50 nm 的材料,
介孔就是介于微孔和大孔之间。
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3<2nm 2-50nm
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1992 年,Mobil 的科学家们(Kresge等)
制备出孔道均匀、孔径可调的介孔M41S,
该材料包括: MCM-41;
MCM–48;
MCM-50;
MCM 为 Mobil 公司合成的孔材料的系列名称, M obil C omposite of M atter-美孚合成的物质
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molecular sieves science and technology
Synthesis Vol.1 1998
Springer
The Synthesis and Properties of M41S and Related Mesoporous Materials
C.T.Kresge
分子筛与多孔材料化学-徐如人
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MCM-41
MCM –41 exhibits an X-ray diffraction pattern (XRD)
containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)
that can be indexed to an hexagonal hk0 lattice
This particular sample has a unit cell of approximately 46 Å
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透射电镜 transmission electron micrograph (TEM) the uniform honey-comb like structure
Lattice Image MCM-41
Possible Structure MCM-41属于六方相
含有规则的二维孔道阵列,
MCM-41
用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂,
孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化
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MCM-48
The X-ray diffraction pattern consists of several peaks that can be assigned to the Ia3d space group.
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MCM-48
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MCM-48
The structure of MCM –48 has been proposed to be bicontinuous with a simplified representation of two infinite three-dimensional,mutually intertwined, unconnected networks of rods as initially
proposed by Luzzatti
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MCM-50
18MCM-50
19MCM-50
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2、介孔分子筛分类
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The M41S family
hexagonal unit cell
MCM–41 (two dimensional, p6m),
cubic structures
MCM–48 (three dimensional, Ia3d)
lamellar structures
MCM–50 which is a post-stabilized lamellar material.
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FSM-16 :
使用与M41S家族相同的模板剂
用层状kanimite 为原料制备
与 MCM-41 结构相似
FSM代表F olded S heets M esoporous Material
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1995
在中性条件下,以伯胺为模板剂,
依靠氢键相互作用,
合成出规则孔道,孔壁较厚的HMS;
用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂,在中性条件下,合成了MSU
HMS 代表H exagonal M esoporous S ilica;
MSU 代表M ichigan S tate U niversity material
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突破了只依靠正负电荷的相互作用合成介孔分子筛的方法,
把氢键作用的思维引入到介孔分子筛合成
使介孔分子筛的合成思路得到拓宽。
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SBA-1,SBA-2, SBA-3
霍启升用双子铵类双亲性物资为模板剂,
在强酸性体系中合成出 SBA-1,SBA-2, SBA-3
hexagonal unit cell
SBA–2 (three dimensional, p63/mmc),
SBA–3 (two dimensional p6m
structure similar to MCM–41 but synthesized in an acid media;
cubic structures
SBA–1 (Pm3n);
分子筛的有序度要好很多,骨架上具有笼型结构
SBA 代表 University of California,
S anta Ba rbara
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SBA-15介孔分子筛
赵东元等
以三嵌段高分子聚合物(PEO-PPO-PEO)为模板剂,
在强酸体系下合成,
高度有序、
大孔间距、
纯硅
二维六方孔道
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31 1. 介孔材料的诞生--1992年MS41系列分子筛(典型的是MCM-41,MCM-48,MCM-50)的合成:
Nature. 1992, 359, 710-712(J. S. Beck )
J Am Chem Soc. 1992, 114: 10834-10843(J. S. Beck )
Science. 1993, 261: 1299-1303(霍启升)
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2.介孔材料制备的另一里程碑--1998年赵东元合成了SBA-15
Science. 1998, 279: 548-552(赵东元)
J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6024-6036 (赵东元)
3、介孔分子筛的合成及机理
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介孔孔径可以在5~50 nm 范围内变化,
且孔壁较厚(典型的在3 到9 nm) ,
该材料具有更高的热和水热稳定性。
其中的模板剂可通过焙烧或溶剂萃取脱除,
且焙烧温度要比MCM-41 低得多
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41合成机理
Beck et al
templating (LCT) mechanism.
They proposed that the structure is defined by the organization of surfactant molecules into liquid crystals表面活性剂组装成液晶
which serve as templates for the formation of the MCM-41 structure.作为合成的模板剂
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the first step in the synthesis would correspond to the formation of a micellar rod around the surfactant micelle
表面活性剂分子首先形成棒状胶束
which in a second step will produce a hexagonal array of rods,形成六方棒的阵列
followed by incorporation of an inorganic array (silica, silica-alumina) around the rodlike structures.围绕棒状胶束结构,无机物形成阵列
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the liquid crystal structures formed in surfactant solutions are highly sensitive to the overall characteristics of the solution,
液晶的形成对于溶液的性质非常敏感
only in the cases where the surfactant and synthesis conditions allow the formation of well-defined liquid crystal hexagonal structures, 只有表面活性剂分子形成良好的六方液晶结构,才能合成出MCM-41
is the synthesis of MCM-41 successful.
when C6 and C8 alkyl chain surfactants were used, MCM-41 was not formed,
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