无机纳米孔材料的设计与合成研究

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纳米孔材料由于其大的比表面积和独特的孔道结构，在吸附、分离、催化、生物医药及光电材料等领域展现了良好的应用前景，受到人们的普遍关注。沸石分子筛是一类结晶的微孔材料，具有均匀发达的微孔结构，可调节的活性位，良好的热稳定性和水热稳定性等特点，是现代石油工业中重要的择形催化剂，已在许多领域得到广泛应用。但由于其孔径较小(<1.5nm)，不利于大分子的吸附和扩散，大大了其在大分子催化转化中的应用。介孔分子筛具有较大的孔径(2-50nm)，能有效克服大分子扩散问题，弥补微孔分子筛的不足，但介孔分子筛的(水)热稳定性差，了其工业应用。因此探索合成高(水)热稳定的介孔材料，具有重要意义。同时，结合微孔沸石分子筛和介孔材料两者优点的多级孔结构分子筛，既具有高水热稳定性、强酸性，又具有较大孔径，在催化领域具有重大的应用价值，是目前研究的热点之一。 本论文针对纳米孔材料在应用中面临的一些问题和挑战，致力于改善介孔分子筛的热稳定性和水热稳定性，利用简单的合成方法，低成本合成介孔沸石分子筛材料，以促进这些纳米孔材料在催化中的应用。 论文第三章，讨论了高度有序、水热稳定的介孔SBA-15和Al-SBA-15的合成。在NaCl辅助作用下，利用嵌段聚合物P123和半氟表面活性剂FSO-100混合表面活性剂为模板，在高温条件下(140-180℃)水热合成了介孔SBA-15，其在100℃水煮300h或600℃水蒸

气处理6h后，仍保持良好的有序结构，保持了超过70％的比表面积和超过80％的孔容，显示出良好的水热稳定性。在合成介孔氧化硅的基础上结合pH调节过程，合成了Al-SBA-15，其显示了比纯硅的SBA-15更好的水热稳定性能，并具有大量的中强酸位，显示了良好的应用潜力。 论文第四章，提出了不添加介孔致孔剂合成介孔沸石分子筛的方法。通过预先形成包含结构导向剂的纳米颗粒，然后通过水蒸汽转晶处理合成了高度结晶、介孔结构的沸石分子筛微球。该微球尺寸大小在0.5-3μm范围，其由MFI分子筛的纳米晶组成，具有良好的机械稳定性和多级孔结构特征。样品的Si/Al比可以在很宽的范围内调节，没有骨架外铝物种。并且，利用类似的方法，可合成出其他类型的介孔沸石分子筛。 论文第五章，提出了一种简单的，低成本的合成介孔沸石分子筛的方法。通过调节合成条件，分别利用廉价的可溶性淀粉及羧甲基纤维素钠为介孔致孔剂，采用简单的水热合成方法合成了介孔沸石分子筛。该分子筛大小约250nm，具有均匀的晶内介孔。通过调节合成条件，可以合成不同类型的介孔沸石材料，包括介孔Silicalite-1、ZSM-5、TS-1分子筛。该合成方法过程简单，成本低廉，具有极大的工业应用价值。 论文第六章，我们将采用纳米晶合成介孔沸石的方法扩展到介孔金属氧化物的合成，利用简单的共沉淀及溶液蒸发诱导相结合的方式合成了具有一定热稳定性的介孔结构的铈锆固溶体。研究发现，合成中表面活性剂并没有起到模板作用，但对纳米颗粒起到了很好的保护作用，所合成纳米颗粒细小、均匀，水溶液蒸发诱导组装后形成具有一定有序性的介孔材料。不同表面活性剂对合成材料结构没有明显影响。

作者：

学科专业： 授予学位： 学位授予单位：导师姓名： 学位年度： 语 种： 分类号： 关键词：

在线出版日期：

李常林

先进材料与制备技术 博士

华东理工大学 王艳芹 2009 chi TQ424.25

介孔材料 无机纳米孔材料 2010年2月1日

水热稳定性 沸石分子筛