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沧州市中考满分作文-介孔材料开题报告醉紫勋

'沧州市中考满分作文-介孔材料开题报告醉紫勋'
本科毕业设计(论文)开题报告题 目: 新型高效催化剂的制备学生姓名: 邹魁元 院(系): 化学化工学院 专业班级: 应用化学0802指导教师: 王文珍 完成时间: 2012年3月 3日1 ?课题研究背景及其意义人类对孔材料的认识最初是从天然沸石(Zeolite)开始的。天然沸石 是一种具有天然微孔的矿物质,其化学成分主要是硅铝酸盐。在长期的 实践活动中人们逐渐了解了一些沸石的一些性质和应用,如沸石具有可 逆的脱水性质(脫水之后还可以重新吸水),阳离子交换性质,选择性 吸附性质;可用作干燥剂吸附剂和气体分离剂等。目前,已经发现的天 然沸石有40余种,关于沸石的研究和利用已经有了很大进展。随着人们 对天然沸石相关研究的逐渐深入,天然沸石的应用范围越来越广泛,已 经远远不能满足工业生产上的大规模需求,于是人们开始了人工合成沸 石的研究。介孔材料的出现是分子筛与多孔材料发展史上的又一次飞跃。它将 孔材料的孔径从沸石分子筛的微孔(一般小于1 nm)扩展到了介孔(2?50 nm),而且具有较高的比表面积,在吸附、催化、生物、更药、光学、 电化学等领域有着广阔的应用前景。而且十几年来,介孔材料在催化领 域的广泛应用,如石油加工领域、精细化工领域和大分子催化领域已经 显示出了极其优异的催化性能。按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义,多孔材料(Porous Material)可按其孔径的大小分为三类:小于2 nm为微孔(Micropore); 大于2?50 nm为大孔(Macropore);而介于其间的2?50 nm为介孔 (Mesopore),介孔即介于微孔和大孔之间。1992年Mobil公司的Kresge C T等研究人员报道了M41S系列介孔材料的合成,这被认为是介孔材料合 成的真正开始。自此介孔材料引起了国内外科学工作者的广泛研究兴趣。 M41S系列介孔材料,包括MCM-41 (六方相)、MCM-48 (立方相)和 MCM-50 (层状结构)介孔材料由于具有较高的比表面积,较窄的孔径分 布,因而是理想的催化剂、分子筛、气体传感器和电极材料。沸石分了筛的合成从模仿天然沸石的生成条件开始。从首批的低硅 沸石分子筛,到中等硅铝比分子筛,再到富硅分子筛,直至全硅分子筛, 关于分子筛的结构、性质及其应用研究已经有了极大的进步。之后Wilson ST等人又开发了一个全新的分子筛领域一一磷酸铝分了筛。该类分了筛 的骨架元素种类丰富,孔道结构多种多样,已经在吸附分离、催化等领 域显示出重要的应用前景。2 ?介孔材料的分类介孔材料的分类一般有两种分类方法。按照介孔材料的化学组成分类,可分为硅基和非硅基组成介孔材料两 大类。硅基介孔材料包括表面改性的介孔氧化硅材料,无机墙中含有有机 成分的介孔氧化硅杂化材料以及孔壁中含有其它金属原子(杂原子)的 介孔氧化硅材料。非硅基介孔材料主要包括金属氧化物、磷酸盐和硫化 物等。由于非硅基介孔材料一般具有可变价态,因而有着硅基介孔材料所 不能比拟的应用前景,有可能为介孔材料的应用开辟出新的领域。例如 一些不含硅的具有半导体性能的氧化物介孔分子筛将在光催化、气体传 感器等方而显示出优良的性能。但非硅基组成的介孔材料也有一些有待 改进的缺点,如热稳定性相对较差、比表面积、孔容均相对较小等。按照介孔材料是否有序分类,可分为无序介孔材料和有序介孔材料。 其中有序介孔材料还处在刚起步阶段,虽然仅仅只有十几年的历史,但 已展示出了其极具潜力的重要的应用价值。有序介孔材料是一种具有有 序纳米孔道结构的新型孔结构材料,其合成主要是利用(有机或无机)模 板剂的模板效应形成特定的有序结构,通过模板剂的去除,形成一定的 骨架结构,从而在模板的位置形成特定的有序的纳米孔结构。有序介孔材 料在催化、分离、生物、医药及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用 价值。3 ?介孔材料的合成机理人们提出很多机理来解释以表面活性剂为模板进行自组装合成介孔 分了筛的过程,为各种合成路线提供理论基础。表面活性剂由亲水基和 亲油基组成,加入溶液中时,亲水基位于水溶液一侧,亲油基受水分子 排斥位于空气一侧。当表面活性剂浓度增加到超过临界胶束浓度时,表 面活性剂分子将在溶液中聚集,形成胶束以降低能量。胶束中心为亲油 基,外部为亲水基,其形状主要有球状,柱状及层状。表面活性剂通过 自组装的方式聚集起来形成胶束,在合成介孔材料的过程中起到模板剂 的作用。聚集的胶束间隙被溶剂所填充,经过干燥去掉溶剂;焙烧去除 有机物,最后剩下与胶束大小类似、定向排列的孔道。液晶模板机理最早提出,后来普遍适用的机理是Beck和Kresge等提出的液晶模板 机理。他们认为阴离子(铝硅酸盐离子)要平衡溶剂中阳离子型胶束的疏水 表而,所以包裹住胶束,在胶束间形成无机物的壁。该机理基于合成产 物和表面活性剂的溶致液晶相具有相似的空间对称性而提出,其特点是 认为有序介孔材料的结构取决于表面活性剂疏水链的长度以及不同表面 活性剂浓度和辅助性的有机分子助表面活性剂、有机膨胀剂的影响等, 并提出两条可能的合成途径。途径A是当表面活性剂浓度较大时,先形成 六方有序排列的液晶结构,然后无机相以液晶相为模板,包裹在其表面: 途径B是加入的无机离子与表面活性剂相互作用,按照自组装的方式排列 成六方有序的液晶结构。协同机理协同作用机理与液晶模板机理相类似,但有一个关键性的区别,就 是协同作用机理认为表面活性剂的溶致液晶相是在加入无机物物种之后 形成的。反应体系在加入无机物物种之后,无机物分子与表面活性剂相 互作用,从而形成了MCM-41的六方有序溶致液晶结构。协同作用机理以 解释低表面活性剂浓度下介观结构的形成、与已知液晶结构不同的新相 产物的合成以及合成过程中的相转变等等一些实验现象。4 ?金属氧化物介孔材料合成进展金属氧化物介孔材料由于在光电、催化、传感等许多领域有着重要 的潜在应用前景,因而成为各国科研工作者研究的热点。目前,金属氧 化物介孔材料的合成主要是采用模板法。该方法的机理是利用模板效应, 经过溶胶■凝胶、沉淀、吸附、毛细作用、乳化或微乳化等过程,使金属 物种以某种相互作用(如静电力相互作用、共价键相互作用、氢键相互 作用和分子间力相互作用)和模板“组装”起来,形成以一种有机■无机 (或无机■无机)有序介观结构。之后通过离心或过滤分离出前驱体产物。 最后采用萃取或焙烧的方法去除模板,从而形成相应的介孔金属氧化物 材料。模板法所采用的模板有软模板和硬模板之分。所谓的软模板主要是 表面活性剂形成的溶致液晶相。而硬模板则是有序介孔碳模板或具有介 孔结构的SiO2模板(用HF或NaOH浓溶液去除模板)。软模板中已经应 用的表面活性剂有阳离了型表面活性剂(如十六烷基三屮基漠化鞍, CTAB 或C16TMABr, (CH3)3CH3(CH2) 15CNH2Br)、阴离子型表面活 性剂(如十二烷基硫酸钠,SDS, CH3(CH2)11OSO3-Na)和中性表面活 性剂(如聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醍),嵌段共聚物,P123, (EO) 20 (PO) 70 (EO)
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