多孔材料的合成化学 ppt课件
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微孔材料(沸石与分子筛)的特点 介孔材料(中孔分子筛)的特点 大孔材料的特点
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沸石与分子筛的特点
沸石：严格定义是一类结晶的硅铝酸盐微孔结晶体 分子筛：具有选择性吸附能力的材料
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沸石与分子筛的骨架结构
• 沸石具有三维空旷骨架结 构，骨架是由硅氧四面体 [SiO4]4-和铝氧四面体[AlO4]5通过共用氧原子连接而成， 它们被统称为TO4四面体（基 本结构单元）。所有TO4四面 体通过共享氧原子连接成多 元环和笼，被称之为次级结 构单元（SBU）。这些次级 结构单元组成沸石的三维骨 架结构，骨架中由环组成的 孔道是沸石的最主要结构特
• ＞10~1000nm,多层自组装——双重模板 • 其凝它胶非 、模 层板 柱方 材法 料合成多孔材料P—PT课多件孔氧化铝、多孔碳材料、气
4 多孔材料的合成机理
分子筛的转化机理 介孔材料的合成机理 多孔材料的合成机理
PPT课件
4.1 分子筛的转化机理
固相转变机理 液相转变机理 双相转变机理 液相中硅酸根与铝酸根离子的聚合反应 阳离子的模板效应
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多孔材料特殊性质
骨架的组成的可调性； 非常高的表面积和吸附容量； 吸附性质能被控制； 酸性或其它活性中心的强度和浓度能被调整 孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸范
围之内； 孔腔内可以有较强的电场存在；
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3 常用的多孔无机材料制备方法
①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出来生成有孔材料； ②水热或溶剂热合成法，如沸石的制备； ③热分解方法，通过加热除去可挥发组分生成多孔材料； ④有选择性的溶解掉部分组分； ⑤在制造形体（薄膜、片、球块等）过程中生成多孔（二
液相转化机理示意图
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
征。
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沸石与分子筛的骨架结构
在骨架中硅氧四面体是中性的，而铝氧四 面体则带有负电荷，骨架的负电荷由阳离子来 平衡。骨架中空部分（就是分子筛的孔道和笼） 可由阳离子、水或其它客体分子占据，这些阳 离子和客体分子是可以移动的，阳离子可以被 其它阳离于所交换。分子筛骨架的硅原子与铝 原于的摩尔比例常常被简称为硅铝比（Si／Al， 有时也用SiO2／Al2O3表示)。
多孔材料的分类
按结构分类可分为无定形材料、晶体材料和次晶 材料三种。
■无定形材料有硅胶、氧化铝胶、交联粘土、层柱状结构 材料、活性炭、分子筛等； ■晶体材料包含沸石、氧化硅大孔材料、类沸石材料等； ■次晶材料是介于无定形材料与晶体材料之间，两者共存 的。
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多孔材料的分类
按孔径大小分
超微孔材料(孔径<0.7nm)
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固相转变机理
固相转变机理也称之为固相机理，是指沸石晶化 过程总是伴随着无定形凝胶固相的形成，无定形 凝胶的结构重排成为沸石，液相不参与晶化过程。
简单的说，在晶化过程中既没有凝胶固相的溶解， 也没有液相直接参与沸石的成核与晶体生长。在 凝胶固相中，由于硅铝酸盐骨架缩聚、重排而导 致沸石的成核和晶体的生长。
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1.多孔材料与它的分类
多孔材料是一种含有气孔的固体材料，一般
来说，气孔在多孔材料体中所占的体积分数在 20%到95%之间。
多孔材料可以是晶体的或是无定形的，它们
被广泛地应用在吸附剂，非均相催化剂，各类 载体和离子交换剂等领域。其孔洞多，空旷结 构和巨大的表面积加强了它们的催化和吸附等 能力。
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固相转化PP机T课理件 示意图
液相转变机理
液相机理认为沸石晶体是从溶液中生长的，初 始凝胶至少是部分地溶解到溶液中，形成溶液 中活性的硅酸根和铝酸根离子，它们又进一步 连接，构成沸石晶体的结构单元，并且逐步形 成沸石晶体。
多数情况下真正的机理可能是有固相参与的液 相机理。
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微孔材料(0.7nm<孔径<2nm) 介孔材料(2nm<孔径<50nm) 大孔材料(孔径>50nm) 宏孔（大于1µm）
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多孔材料的分类
• 按制备工艺及成品的形貌分为泡沫多孔 材料、蜂窝多孔材料和网眼多孔材料。
泡沫多孔材料
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多孔材料的分类
蜂窝多孔材料
网眼多孔材料
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2.多孔材料的特点
稳定性和一定的水热稳定性； 颗粒具有规则外形，且可在微米尺寸保持高度
的孔道有序性。
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大孔材料的特点
一般依据其孔隙的有序程度，将大孔材料分为胶 凝材料和有序大孔材料。
胶凝材料的特点是具有极大的比表面积，气孔率 高，孔径约为100nm，属于非晶材料；
有序大孔材料则具有三维规则结构，孔隙率高， 孔径大，分布均匀，排列周期性较强。
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这些沸石分子筛一般具有以下特点：
在分子筛骨架结构中形成许多有规则的孔道和 空腔；
在孔道和空腔中的阳离子是可以交换的，经阳 离子交换后，可以使分子筛的催化及吸附性能 产生较大的变化。
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介孔材料(中孔分子筛)的特点
介孔材料的主要特征：
具有规则的孔道结构； 孔径分布窄，且在1.3～30nm可以调节； 经过优化合成条件或后处理，可具有很好的热
次孔）。 ⑥溶胶-凝胶法 ⑦化学腐蚀法 ⑧多层自组装——双重模板,有控制的破坏； ⑨聚合物作模板剂； ⑩乳浊液作模板剂；
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介孔和大孔材料的孔径控制：主要合成方法
• 现在有许多合成方法可被用来合成介孔材料和大孔材料，如按 产物的孔直径分类，主要有以下几种： 2～５nm，使用不同链长的表面活性剂作模板剂； 2 ～7nm，高温合成； 4 ～7nm，二次合成﹙合成后水热处理﹚； 4 ～10nm，使用带电的表面活性剂和中性有机物； 4 ～11nm，二次合成﹙水-胺合成后处理﹚；多层自组装——有 控制的破坏； 2 ～30nm，聚合物作模板剂； ＞50nm，乳浊液作模板剂； ＞150nm，胶体颗粒﹙模板剂﹚晶化。
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沸石与分子筛的特点
沸石：严格定义是一类结晶的硅铝酸盐微孔结晶体 分子筛：具有选择性吸附能力的材料
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沸石与分子筛的骨架结构
• 沸石具有三维空旷骨架结 构，骨架是由硅氧四面体 [SiO4]4-和铝氧四面体[AlO4]5通过共用氧原子连接而成， 它们被统称为TO4四面体（基 本结构单元）。所有TO4四面 体通过共享氧原子连接成多 元环和笼，被称之为次级结 构单元（SBU）。这些次级 结构单元组成沸石的三维骨 架结构，骨架中由环组成的 孔道是沸石的最主要结构特
• ＞10~1000nm,多层自组装——双重模板 • 其凝它胶非 、模 层板 柱方 材法 料合成多孔材料P—PT课多件孔氧化铝、多孔碳材料、气
4 多孔材料的合成机理
分子筛的转化机理 介孔材料的合成机理 多孔材料的合成机理
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4.1 分子筛的转化机理
固相转变机理 液相转变机理 双相转变机理 液相中硅酸根与铝酸根离子的聚合反应 阳离子的模板效应
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多孔材料特殊性质
骨架的组成的可调性； 非常高的表面积和吸附容量； 吸附性质能被控制； 酸性或其它活性中心的强度和浓度能被调整 孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸范
围之内； 孔腔内可以有较强的电场存在；
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3 常用的多孔无机材料制备方法
①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出来生成有孔材料； ②水热或溶剂热合成法，如沸石的制备； ③热分解方法，通过加热除去可挥发组分生成多孔材料； ④有选择性的溶解掉部分组分； ⑤在制造形体（薄膜、片、球块等）过程中生成多孔（二
液相转化机理示意图
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
征。
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沸石与分子筛的骨架结构
在骨架中硅氧四面体是中性的，而铝氧四 面体则带有负电荷，骨架的负电荷由阳离子来 平衡。骨架中空部分（就是分子筛的孔道和笼） 可由阳离子、水或其它客体分子占据，这些阳 离子和客体分子是可以移动的，阳离子可以被 其它阳离于所交换。分子筛骨架的硅原子与铝 原于的摩尔比例常常被简称为硅铝比（Si／Al， 有时也用SiO2／Al2O3表示)。
多孔材料的分类
按结构分类可分为无定形材料、晶体材料和次晶 材料三种。
■无定形材料有硅胶、氧化铝胶、交联粘土、层柱状结构 材料、活性炭、分子筛等； ■晶体材料包含沸石、氧化硅大孔材料、类沸石材料等； ■次晶材料是介于无定形材料与晶体材料之间，两者共存 的。
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多孔材料的分类
按孔径大小分
超微孔材料(孔径<0.7nm)
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固相转变机理
固相转变机理也称之为固相机理，是指沸石晶化 过程总是伴随着无定形凝胶固相的形成，无定形 凝胶的结构重排成为沸石，液相不参与晶化过程。
简单的说，在晶化过程中既没有凝胶固相的溶解， 也没有液相直接参与沸石的成核与晶体生长。在 凝胶固相中，由于硅铝酸盐骨架缩聚、重排而导 致沸石的成核和晶体的生长。
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1.多孔材料与它的分类
多孔材料是一种含有气孔的固体材料，一般
来说，气孔在多孔材料体中所占的体积分数在 20%到95%之间。
多孔材料可以是晶体的或是无定形的，它们
被广泛地应用在吸附剂，非均相催化剂，各类 载体和离子交换剂等领域。其孔洞多，空旷结 构和巨大的表面积加强了它们的催化和吸附等 能力。
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固相转化PP机T课理件 示意图
液相转变机理
液相机理认为沸石晶体是从溶液中生长的，初 始凝胶至少是部分地溶解到溶液中，形成溶液 中活性的硅酸根和铝酸根离子，它们又进一步 连接，构成沸石晶体的结构单元，并且逐步形 成沸石晶体。
多数情况下真正的机理可能是有固相参与的液 相机理。
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微孔材料(0.7nm<孔径<2nm) 介孔材料(2nm<孔径<50nm) 大孔材料(孔径>50nm) 宏孔（大于1µm）
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多孔材料的分类
• 按制备工艺及成品的形貌分为泡沫多孔 材料、蜂窝多孔材料和网眼多孔材料。
泡沫多孔材料
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多孔材料的分类
蜂窝多孔材料
网眼多孔材料
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2.多孔材料的特点
稳定性和一定的水热稳定性； 颗粒具有规则外形，且可在微米尺寸保持高度
的孔道有序性。
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大孔材料的特点
一般依据其孔隙的有序程度，将大孔材料分为胶 凝材料和有序大孔材料。
胶凝材料的特点是具有极大的比表面积，气孔率 高，孔径约为100nm，属于非晶材料；
有序大孔材料则具有三维规则结构，孔隙率高， 孔径大，分布均匀，排列周期性较强。
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这些沸石分子筛一般具有以下特点：
在分子筛骨架结构中形成许多有规则的孔道和 空腔；
在孔道和空腔中的阳离子是可以交换的，经阳 离子交换后，可以使分子筛的催化及吸附性能 产生较大的变化。
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介孔材料(中孔分子筛)的特点
介孔材料的主要特征：
具有规则的孔道结构； 孔径分布窄，且在1.3～30nm可以调节； 经过优化合成条件或后处理，可具有很好的热
次孔）。 ⑥溶胶-凝胶法 ⑦化学腐蚀法 ⑧多层自组装——双重模板,有控制的破坏； ⑨聚合物作模板剂； ⑩乳浊液作模板剂；
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介孔和大孔材料的孔径控制：主要合成方法
• 现在有许多合成方法可被用来合成介孔材料和大孔材料，如按 产物的孔直径分类，主要有以下几种： 2～５nm，使用不同链长的表面活性剂作模板剂； 2 ～7nm，高温合成； 4 ～7nm，二次合成﹙合成后水热处理﹚； 4 ～10nm，使用带电的表面活性剂和中性有机物； 4 ～11nm，二次合成﹙水-胺合成后处理﹚；多层自组装——有 控制的破坏； 2 ～30nm，聚合物作模板剂； ＞50nm，乳浊液作模板剂； ＞150nm，胶体颗粒﹙模板剂﹚晶化。