探索铈硅磷酸铝分子筛的合成及表征

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20071165硕士学位论文类别：全日制硕士研究生二○一○年六月题目：铈硅磷酸铝分子筛的合成及表征英文题目：SynthesisandCharacterizationofCe-SiluminophosphateMolecularSieve研究生：高平强学科名称：化学工艺指导教师：秦海莉副教授二○一○年六月摘要1982年联合碳化公司首次在温和的水热体系中成功地合成了具有均匀、规整孔道结构和狭窄孔径分布特征的磷酸铝系列分子筛（AlPO-n）。AlPO-n是由磷氧四面体和铝氧四面体严格交错相连而形成的三维中性骨架，没有电荷交换能力。因此这类

2、分子筛没有离子交换能力和质子酸位，在催化领域的应用受到很大的限制。研究发现许多3+5+不同价态的金属或非金属元素可以取代分子筛骨架中心的Al和P，通过同晶取代形成具有不同结构与性能特点的杂原子磷酸铝分子筛。取代型磷酸铝分子筛的骨架有了可交换的电荷，其酸性与催化性能有了很大的改善。由于杂原子磷酸铝分子筛集过渡金属的氧化还原性、分子筛的酸性和择形性于一身，必将在催化领域产生广阔的应用前景。目前人们已经将许多元素如Co、Fe、Zn、Mg、Si等金属杂原子相继引入到AlPO-n分子筛的骨架中，即形成取代型的SAPO、MeAPO与MeSAPO分子筛。但是把具有高储放氧能力铈和硅同时引

3、入到AlPO4-n分子筛骨架中的报道还比较少，因此本论文将硅原子和具有高储放氧能力的铈原子通过同晶取代引入到磷酸铝分子筛骨架当中，得到了杂原子铈硅磷酸铝分子筛。杂原子铈和硅的引入增强了分子筛酸性的同时，也可能使得分子筛具有了一定的氧化还原性能。本论文以水作为溶剂、三乙胺为模板剂、拟薄水铝石为铝源、正磷酸为磷源、碳酸铈为铈源和硅酸乙酯为硅源，采用水热合成法合成了具有一定酸性和氧化性能的介孔铈硅磷酸铝分子筛（CeSAPO-5）。实验系统地考察了原料配比、铝源、反应体系的初始pH值、模板剂用量、晶化时间和晶化温度等合成因素对产物的影响。在成功合成铈硅磷酸铝分子筛的基础上，本实验采

4、用了不同的后处理方式对其结构和稳定性能进行分析，并对介孔分子筛孔道内模板剂的去除也进行了相关研究，考察了磷酸铈铝分子筛的热稳定性。最后得出铈硅磷酸铝分子筛的合成适宜条件：晶化温度150℃、晶化时间72小时、pH值为2.89~4.34、物料比n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(Ce2O3):n(H2O)＝1：1：0.4：0.2：36(摩尔比)。通过X射线粉末衍射、透射电镜、扫描电镜、差热－热重、氮气物理脱附吸附、傅里叶红外光谱等分析方法对产物进行表征。结果表明铈和硅部分进入分子筛骨架中；合成的CeSAPO-5分子筛具有AlPO-5分子筛晶体的2六方晶系结构，

5、热稳定好，结构规整。测得样品比表面积为194.1m/g，孔容积3为0.16cm/g，孔径主要分布在3-5nm处。本实验合成的CeSAPO-5分子筛为介孔杂原子磷铝分子筛。本论文以合成乙酸丁酯的酯化反应作为探针反应来考察CeSAPO-5分子筛作为的催化性能。和传统的用硫酸做催化剂相比，CeSAPO-5分子筛的催化下得乙酸丁酯的收率比较高，后处理简单，不腐蚀设备和对环境污染小，催化剂可回收重复利用等优点。本实验所制备的CeSAPO-5分子筛对研究酯化反应中的催化剂也有很重要的实际意义。关键词：铈硅磷酸铝分子筛；水热合成；酯化反应AbstractSilicoaluminospho

6、sphate(SAPO)werefirstreportedbyUnionCarbidein1984andtheyhavebeenwidelystudiedsincethen.Thesemicroporousmaterialsexhibitnotonlycharacteristicsofzeolites,butalsonovelphysicochemicaltraitsthatarerelatedtotheiruniquecompositions.SAPO-5(IUPACstructuretypeAFI)HAS12-ringstraightchannel.Substituti

7、onofsiliconinaneutralaluminophosphategeneratesacidsitesofdifferentstrengths.Inthiswork,Ceriumisusedtosubstitudepartoftheelementsintheframeworkthroughhydrothermalsynthesismethod.Thenewmaterialhasacidityinsomeextend.Itexpandsthefieldofsynthesizingandapplyingofmo