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《孔徑受控沸石的合成、表征及機(jī)理研究》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號UDC密級Y932151}中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文王k登受撞沸蠆的金盛!蠢筵盈扭理研塑陶有勝指導(dǎo)教師姓名嫠縵王玨壺旦副導(dǎo)師姓名韭直£盈壅旦專業(yè)名稱芷物堂!蚩互坐!芷壓堂論文答辯日期答辯委員會主席00五年十二月二十九日學(xué)位授予日期~——評閱人中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文中文摘要沸石又名分子篩,作為重要的多孔結(jié)晶固體材料,在化工、環(huán)保、國防等方面得到廣泛應(yīng)用。但自然沸石礦物及目前人工合成的沸石只含有0.3-1.3納米的微孔。由于沸石的孔徑在分子大小范圍內(nèi),在石油化工、分離提純等工業(yè)過程中存在著擴(kuò)散障礙和較大的壓降,從而減少反應(yīng)速度和產(chǎn)生較大能耗。如果在沸石結(jié)構(gòu)上,加入可受控的孔
2、徑范圍在2—50納米的介(中)孔,合成具有新型結(jié)構(gòu)的孔徑可控的介(中)孔沸石,則兼有沸石和中孔分子篩的優(yōu)點(diǎn),將是一種新的納米孔性結(jié)構(gòu)沸石,能克服傳統(tǒng)沸石的上述缺點(diǎn),是人們長期以來期盼的理想功能材料,有著巨大的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)意義。世界各國特別是一些先進(jìn)工業(yè)國家如日本、美國、荷蘭、德國等正在積極研制這種新型納米孔性結(jié)構(gòu)沸石。這不僅是因?yàn)樵摬牧显趥鹘y(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的巨大使用價(jià)值,更是因?yàn)榉惺目仔越Y(jié)構(gòu)在納米范圍,它作為納米多孔性功能材料而再次受到人們的重視。本研究首先從我國幾種不同高嶺土礦物材料和含Si、含Al化學(xué)試劑中篩選適宜的si源、A1源,以有機(jī)氣溶膠和碳溶膠為結(jié)構(gòu)模板劑,對合成孔徑受
3、控沸石及表征、合成機(jī)理進(jìn)行了研究。通過溶膠合成化學(xué),在納米尺度上對模板劑設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)孔徑受控沸石的鑄型合成。在此基礎(chǔ)上,對這一合成新思路拓展到其它納米結(jié)構(gòu)礦物材料設(shè)計(jì)、甚至眾多非硅體系的納米結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)的前景作了論述。以有機(jī)氣溶膠為模板劑,合成了具有高結(jié)晶率孔徑受控ZSM一5沸石。其微孔結(jié)構(gòu)(比面積、微孔容積和微孔孔徑)與普通ZSM~5沸石相同:孔徑受控ZSM一5沸石還具有普通ZSM-5沸石沒有的特有的介孔(中孔)結(jié)構(gòu):0.07—0.10cm3/g的中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文介孔容積和9—25nil]的介孔孔徑。以碳?xì)馊苣z為模板劑,同樣合成了具有高結(jié)晶率孔徑受控ZSM一5沸石。
4、其微孔結(jié)構(gòu)與普通ZSM一5沸石相同,但其介孔(中孔)結(jié)構(gòu)不同于有機(jī)氣溶膠為模板劑合成的沸石,具有0.15—0.20cm'/g的介孔容積和9—1lnm的介孔孔徑。以碳?xì)馊苣z為模板劑合成的沸石的介孔空容比以有機(jī)溶膠為模板劑合成的沸石的介孔空容大,介孔更加均勻。以有機(jī)氣溶膠為模板劑,合成了具有高結(jié)晶率孔徑受控A型(LTA)沸石。其微孔結(jié)構(gòu)與普通A型沸石相同,而孔徑受控A型沸石具有普通A型沸石沒有的特有介孔(中孔)結(jié)構(gòu):0.43am3/g的介孔容積和約15nil]的介孔孔徑。ZSM一5(MFI)沸石屬高si沸石,A型(LTA)沸石屬高Al沸石。他們在結(jié)晶構(gòu)造、孔性結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用等方面具有代
5、表性。因此,本孔徑受控沸石的合成技術(shù)具有實(shí)際推廣意義,可推廣到其它類型的沸石合成中。合成機(jī)理研究表明,孔徑受控沸石的骨架結(jié)構(gòu)在受制約的納米尺度空間保持不變。在孑L徑可控沸石的合成過程中,有機(jī)溶膠和碳溶膠分別具有軟、硬性的納米結(jié)構(gòu)骨架,起到模板的作用。與未受空間制約條件下的合成相比,晶化速率減小,但對最終結(jié)晶度(率)沒有不良影響。沸石合成涉及各種條件下液相到固相的相變和非晶膠質(zhì)到納米級微結(jié)晶粒的生成、成長過程,十分復(fù)雜,沸石結(jié)晶機(jī)理尚未完全解明。本研究從納米尺度上展開孔徑受控沸石的合成及機(jī)理研究是一項(xiàng)十分新穎和具有開創(chuàng)性的研究工作??讖绞芙臃惺瑫r(shí)兼有沸石分子篩的微孔結(jié)構(gòu)和介孔氧化
6、硅材料的大孔道結(jié)構(gòu)。因此,孔徑受控沸石在大分子催化反應(yīng)、大分子吸附反應(yīng)等方面,具有優(yōu)越性。孔徑受控沸石的合成,可以進(jìn)一步通過對模板結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和合成條件的最佳化而得到優(yōu)化。這將為更好地研究納米結(jié)構(gòu)沸石的物理化學(xué)性能創(chuàng)造條件。4中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文此外,孔徑受控石的應(yīng)用研究。將是本課題令后研究的一個(gè)方向。5中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文AbstractMolecularsieves(zeofites)arerepresentativeofcrystallinemicroporoussolids.Theirmaincharacteristicisthatthetetrahedra
7、lprimarybuildingblocksarelinkedthroughoxygens,producingathree-dimensionalnetworkcontainingchannelsandcavitiesofmoleculardimensions.Theyhavebeenwidelystudiedincatalysisaswellasinseparationandpurificationfields.However,becauseoftheirinterpenetr