多孔材料研究进展PPT课件
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8
1997年—— 出现大孔材料的合成。(孔径>50nm, 次微米范围。 以胶体微粒、细菌菌丝为模板。)
近几年—— 出现以配位聚合物、金属有机化合物、无机-有机 杂化材料为骨架的多孔材料。(孔结构易调节、 易于表面修饰、功能化)
9
3 有序介孔材料研究概况
1992年,美国Mobil公司首先采用表面 活性剂为模板合成出 M41S系列介孔材料:
型功能材料的制备等方面。
18
有序介孔材料的合成方法:
采用表面活性剂为模板剂,以其形成的超分子结构为模板, 通过溶胶-凝胶过程,在无机物与有机物之间的界面引导作用下, 无机物种在模板的表面发生水解和缩聚,形成形状规则、排列 有序的有机无机复合体,再通过溶剂萃取或焙烧去除表面活 性剂,从而得到有序多孔材料。
12
MCM-48
13
SBA-8
14
SBA-15
15
16
TEM images of calcined JLU-30 taken in the (100) and (110) directions and the corresponding Fourier diffractogram (inset).
多孔材料研究进展
2005的分类简介 • 多孔材料发展简史 • 有序介孔材料研究概况 • 多孔网络高分子的合成 • 多孔材料的表征方法 • 多孔材料的应用领域
2
1 多孔材料的分类
按孔径大小分 :
微孔材料(microporous materials) :< 2 nm 介孔材料(mesoporous materials) : 2~50 nm 大孔材料(macroporous materials) :> 50 nm
(美国 Linde, Union Carbide, Mobil, Exxson等公司); • 1959年—— 中国合成出A型、X型分子筛;(大连化物所)
6
• 1950s —— 沸石分子筛主要用于各种气体的干燥、分离、 提纯;
• 1960s —— 沸石分子筛开始作为石油加工的催化剂和催化 剂载体,从此成为石油炼制和石油化工领域最重要的吸附 和催化材料;
M41S系列介孔材料的结构简图
10
著名品牌包括:
MCM系列 ( MCM代表Mobil Composite Material): MCM-41 (p6mm), MCM-48 (Ia3d) , MCM-50 (层状)
SBA系列(SBA表示Santa Barbara,USA): SBA-1和SBA- 6 (Pm3m)、SBA-2和SBA-12(P63/mmc)、SBA-11 (Pm3m)、SBA-16(Im3m)、SBA-8(C2mm);
17
有序介孔材料的优点
(1)具有高度有序的孔道结构,基于微观尺度上的高度孔道 有序性;
(2)孔径呈单一分布,且孔径尺寸可以在很宽的范围内(1.330 nm)调控,孔洞可以具有不同的形状;
(3)具有高的比表面和高的孔隙率; (4)具有较高的热稳定性和水热稳定性; (5)应用前景广泛,可用于大分子催化、选择性吸附分离及新
19
有序介孔材料的合成机理:
Beck------------液晶模板机理; Vartuli ---------协同作用机理 ; Monnier--------电荷密度匹配机理; Huo-------------广义液晶模板机理; Inagaki---------层状折皱机理。
20
液晶模板(Liguid Crystal Template, LCT)机理认为:
3
按化学组成分:
硅基多孔材料 是指其骨架的化学组成为氧化硅或硅铝酸盐的材料 。
非硅基多孔材料 主要包括: 金属氧化物:Al2O3、TiO2、ZrO2、MnO2、Fe2O3 磷酸盐: AlPO4、Ti3(PO4)2、Zr3(PO4)2、Fe PO4 硫化物: CdS、ZnS
4
按孔洞的有序程度分:
无序多孔材料 如无定型的氧化硅凝胶、氧化铝凝胶、氧化钛凝胶、
• 1950s-1980s —— 是硅基沸石分子筛发展的全盛时期,人 工合成出多种类型的分子筛:A型(Na, K, Ca), X型( Na, K, Ba), Y型(Na, Ca, NH4), L型(K, NH4), F型(K), W型(K);
7
• 1982年—— Union Carbide 公司合成和开发出一个全新的 分子筛家族---AlPO4-n(磷铝分子筛)。 是一个重要的里 程碑。 从此人们开始将各种元素(主族金属、过度金属、非金属) 引入微孔骨架,得到200种以上的微孔化合物。
MSU系列(Michigan State University); KIT系列 (Korea Advanced Institute of Science and Technology) FDU系列(Fudan University) JLU系列 (Jilin University)
11
MCM-41
微晶玻璃等 。
有序多孔材料 是一类在三维空间上高度有序的多孔材料, 它具有孔道排布规则有序、孔径均一、分布很窄等特点。
5
2 多孔材料发展简史
• 1756年——发现天然沸石 (硅铝酸盐,zeolite); • 19世纪末——发现菱沸石 能吸附水、甲醇、乙醇、甲酸等,
但不能吸附丙酮、乙醚、苯等。天然沸石开始被用作干燥 剂、吸附剂; • 1940s —— 实现沸石分子筛的实验室合成(低温水热合成); • 1954年—— A型、X型分子筛开始工业化生产
当在水中加入表面活性剂后,当浓度很低时,生成理想 溶液,浓度超过临界胶束浓度(CMC)时,开始生成胶束, 随着浓度逐步提高,依次形成球状胶束、棒状胶束、六方液 晶相、立方液晶相,最后形成层状液晶相。这些液晶相(即 模板)是在无机物种加入之前就已形成了,当加入无机物种 后,无机离子或分子通过与液晶模板相互作用力(主要为静 电力或氢键)的引导,使无机物种在反应过程中沿着模板定 向排列,形成有序的介孔材料的孔壁,经脱除模板剂后,即 得到有序介孔材料。
• 1988年—— Davis M E 等合成出十八元环孔道结构的磷酸 铝分子筛---VPI-5,是多孔材料发展的又一个里程碑。从 此出现超大微孔材料。
• 1992年 —— Mobil公司的Kresge C T等合成出有序介孔材料 ---M41S系列(MCM-41, MCM-48, MCM-50), 是多孔材料 发展的又一次飞跃。
1997年—— 出现大孔材料的合成。(孔径>50nm, 次微米范围。 以胶体微粒、细菌菌丝为模板。)
近几年—— 出现以配位聚合物、金属有机化合物、无机-有机 杂化材料为骨架的多孔材料。(孔结构易调节、 易于表面修饰、功能化)
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3 有序介孔材料研究概况
1992年,美国Mobil公司首先采用表面 活性剂为模板合成出 M41S系列介孔材料:
型功能材料的制备等方面。
18
有序介孔材料的合成方法:
采用表面活性剂为模板剂,以其形成的超分子结构为模板, 通过溶胶-凝胶过程,在无机物与有机物之间的界面引导作用下, 无机物种在模板的表面发生水解和缩聚,形成形状规则、排列 有序的有机无机复合体,再通过溶剂萃取或焙烧去除表面活 性剂,从而得到有序多孔材料。
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MCM-48
13
SBA-8
14
SBA-15
15
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TEM images of calcined JLU-30 taken in the (100) and (110) directions and the corresponding Fourier diffractogram (inset).
多孔材料研究进展
2005的分类简介 • 多孔材料发展简史 • 有序介孔材料研究概况 • 多孔网络高分子的合成 • 多孔材料的表征方法 • 多孔材料的应用领域
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1 多孔材料的分类
按孔径大小分 :
微孔材料(microporous materials) :< 2 nm 介孔材料(mesoporous materials) : 2~50 nm 大孔材料(macroporous materials) :> 50 nm
(美国 Linde, Union Carbide, Mobil, Exxson等公司); • 1959年—— 中国合成出A型、X型分子筛;(大连化物所)
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• 1950s —— 沸石分子筛主要用于各种气体的干燥、分离、 提纯;
• 1960s —— 沸石分子筛开始作为石油加工的催化剂和催化 剂载体,从此成为石油炼制和石油化工领域最重要的吸附 和催化材料;
M41S系列介孔材料的结构简图
10
著名品牌包括:
MCM系列 ( MCM代表Mobil Composite Material): MCM-41 (p6mm), MCM-48 (Ia3d) , MCM-50 (层状)
SBA系列(SBA表示Santa Barbara,USA): SBA-1和SBA- 6 (Pm3m)、SBA-2和SBA-12(P63/mmc)、SBA-11 (Pm3m)、SBA-16(Im3m)、SBA-8(C2mm);
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有序介孔材料的优点
(1)具有高度有序的孔道结构,基于微观尺度上的高度孔道 有序性;
(2)孔径呈单一分布,且孔径尺寸可以在很宽的范围内(1.330 nm)调控,孔洞可以具有不同的形状;
(3)具有高的比表面和高的孔隙率; (4)具有较高的热稳定性和水热稳定性; (5)应用前景广泛,可用于大分子催化、选择性吸附分离及新
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有序介孔材料的合成机理:
Beck------------液晶模板机理; Vartuli ---------协同作用机理 ; Monnier--------电荷密度匹配机理; Huo-------------广义液晶模板机理; Inagaki---------层状折皱机理。
20
液晶模板(Liguid Crystal Template, LCT)机理认为:
3
按化学组成分:
硅基多孔材料 是指其骨架的化学组成为氧化硅或硅铝酸盐的材料 。
非硅基多孔材料 主要包括: 金属氧化物:Al2O3、TiO2、ZrO2、MnO2、Fe2O3 磷酸盐: AlPO4、Ti3(PO4)2、Zr3(PO4)2、Fe PO4 硫化物: CdS、ZnS
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按孔洞的有序程度分:
无序多孔材料 如无定型的氧化硅凝胶、氧化铝凝胶、氧化钛凝胶、
• 1950s-1980s —— 是硅基沸石分子筛发展的全盛时期,人 工合成出多种类型的分子筛:A型(Na, K, Ca), X型( Na, K, Ba), Y型(Na, Ca, NH4), L型(K, NH4), F型(K), W型(K);
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• 1982年—— Union Carbide 公司合成和开发出一个全新的 分子筛家族---AlPO4-n(磷铝分子筛)。 是一个重要的里 程碑。 从此人们开始将各种元素(主族金属、过度金属、非金属) 引入微孔骨架,得到200种以上的微孔化合物。
MSU系列(Michigan State University); KIT系列 (Korea Advanced Institute of Science and Technology) FDU系列(Fudan University) JLU系列 (Jilin University)
11
MCM-41
微晶玻璃等 。
有序多孔材料 是一类在三维空间上高度有序的多孔材料, 它具有孔道排布规则有序、孔径均一、分布很窄等特点。
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2 多孔材料发展简史
• 1756年——发现天然沸石 (硅铝酸盐,zeolite); • 19世纪末——发现菱沸石 能吸附水、甲醇、乙醇、甲酸等,
但不能吸附丙酮、乙醚、苯等。天然沸石开始被用作干燥 剂、吸附剂; • 1940s —— 实现沸石分子筛的实验室合成(低温水热合成); • 1954年—— A型、X型分子筛开始工业化生产
当在水中加入表面活性剂后,当浓度很低时,生成理想 溶液,浓度超过临界胶束浓度(CMC)时,开始生成胶束, 随着浓度逐步提高,依次形成球状胶束、棒状胶束、六方液 晶相、立方液晶相,最后形成层状液晶相。这些液晶相(即 模板)是在无机物种加入之前就已形成了,当加入无机物种 后,无机离子或分子通过与液晶模板相互作用力(主要为静 电力或氢键)的引导,使无机物种在反应过程中沿着模板定 向排列,形成有序的介孔材料的孔壁,经脱除模板剂后,即 得到有序介孔材料。
• 1988年—— Davis M E 等合成出十八元环孔道结构的磷酸 铝分子筛---VPI-5,是多孔材料发展的又一个里程碑。从 此出现超大微孔材料。
• 1992年 —— Mobil公司的Kresge C T等合成出有序介孔材料 ---M41S系列(MCM-41, MCM-48, MCM-50), 是多孔材料 发展的又一次飞跃。