ti掺杂有机无机杂化介孔分子筛的制备及其催化应用

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hhhp'i-KP翊誦bI攀g溺蟲接硕±学位论文Ti惨杂有化无机杂化介孔分子筛的制it:^Si胃:备及其催化应用学科专业:化学王程"研究方向:催化材料论文作者;王东龙周静红教授指导教师:i定稿20150420日期:年月日斧衣 学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查閒和借阅。本人授权华东理工大学可将本学位论文的全部或部分肉容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密论文在解密后遵守此规定。论涉密情况:^不保密□保密,保密期(年月_日至__年_月_日)___学位论文作者签名;玉指导老师签名卖矣f;日期:W5年月巧日日期产oj月為日 分类号:TQ426.94密级:UDC:华东理工大学学位论文Ti渗杂有机无化余化介孔分子筛的制备及其傕化应用王东龙指导教师姓名:周静红教授华东理工大学联合国家重点实验室申请学位级别:硕±专业名称:化学工程论文定稿日期:2015.04.20论文答辩日期:2015.05.25学位授予单位:华东理工大学学位授予日期:答辩委员会主席:周兴贵教授评阅人:胡军教授王刚教授级高工 作者声明我郑重声明:。本人恪守学术道德,崇尚严谨学风所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何他人已经发表或撰写过的内容。论文为本人亲自撰写,并对所写内容负责。论文作者签名;东系■W/iT年S月23日、 华东理王大学硕±学位论文第I页Ti惨杂有机无机杂化介孔分子筛的制备及其催化应用摘要eriod一娇键型有机无机杂化介孔分子筛PicMesoporousOrganosilica巧M0)是种分子水平上的有机组分和无机沮分在?L壁中杂化的材料,其有机基团杂化均布于分子筛的骨架之中,不会阻塞介孔分子筛的孔道,也不会降低分子筛的孔径。PMO材料保留了介孔分子筛的机械性能和结构稳定性,且骨架内有机基团的存在能够显著地提高介孔分子筛的疏水性和水热稳定性一,进步改善材料的物化性能和有机反应催化性能。在PMO材料中引入金属原子,比起传统的无机介孔分子筛材料,能更好地控制材料的亲疏水性,也可让材稱有更强的功能性,从而可W得到更好的催化效果。、本文首先采用水热合成法制备了介孔PMO材稱,系统地考察了珪模比、溶液酸度晶化时间W及添加剂无机盐NaCl对PMO材料晶体结构和织构性能的影响,确定了有PMO?:珪模比5075(摩尔比)18mol/L序度和规整度良好的的制备条件,盐酸浓度0.,=晶化时间48h,无机盐NaCl的添加量NaCl/Si4(摩尔比)。TPMOT-而后本文成功地将i引入了PMO的骨架,制备了四配位Ti慘杂的材料(iPMO),系统地考察了钦源种类、钦源预水解时间、溶液酸性W及Si/Ti比对Ti存在形态的影响-,结果表明:精确调控TiPMO的合成工艺条件,使铁源水解产生的低聚中间体与桂源水解产生的低聚物中间体充分接触并发生共缩聚,引入的Ti原子能够最终随-着水解的氧化珪物种自组装生成有序介孔结构的SBA15型分子筛,并W四配位的形式均布于PMO骨架中。T-PMO材料的稳定性和催化性能进行T-i最后,本文对i了考评,结果表明PMO具有良好的热稳定性、水热稳定性W及机械稳定性,且在氯丙婦环氧化反应中表现出了优T1-SBA-5于1的催化性能。;关键词介孔分子筛;有机杂化;四配位化稳定性;氯两帰环氧化 第II页华东理王大学硕±学位论文-SynthesisCh泣racrteriza巧onandCatalticActivitofTitaniumcontainin,yygPeriodicMesoorousOranosilicaspg乂bs化actTheintegrationoforganicandinorganicfragmentswithintheorewalloftheeriodicppmesoorousoranosilicaPMOreresentsoneoftherecentbreakthrouhsinthefieldsofpg()pgmaterialscience.ThethermalhdrothermalandmechanicalstabilitofPMOmaterialsare,yyreaseddue化hereseceforanicbridirosdisributeduni抗mlinthinctpnoggngguptyemesoporousframework.Therefoire,metalcontainingPMOsexhibitbeterstructuralpropertiesandcatalyticperformance妃someorganicreactions化antheirsilicacounterparts.PMOmaterialswithhihlorderedmesoporosithavebeensuccessfullsnthesizedgyyyyusinghydrothermalmethod.TheinfluenceofmolarratioofSi/P123,acidconcentration,crystallizatio打timeandadditionofNaCloilthecrystallinityandtexturalroertiesofPMOppated=-wasinvesti.Theoptimizedrearationconditionswere:Si/P1235075acidgpp,=concentrationof0.18mol/LHClcrstallizationtimeof48handNaCl/Si4.,yan-TitiumcontainingperiodicmesoporousorganosilicasTiPMOhavebeen()hydrothermallysnthesizedand化einfluenceofdiferenttitaniumrecursorsrehdrolsisyp,pyytimeoftitaniumprecursor,acidCO打centratio打andmolarratioofSi/Tio打theformoftitaniuminPMOwasinvestigated.ItwasrevealedthatTiatomscouldbej[打corporatedintotheframeworkofPMOmaterialsinthefornioftetrahedralcoordinationbyfinelycontrollingthesynthesiscondition.Thehydrolysisrateoftitaniumands"ic汪recursorsshouldbereciselppybalancedtobringtheoligomertitaniumspeciesandoligomersilicaspecies,whicharethehydrolysisintermediatesof巧ta打iumprecursorandsUicaprecursor,intointimatecont泣ctand---thencocondensate化仿rmTiOSistructureandthenTiwillbesuccessfullyincororatedintoptheframeworkofPMOasisolatedtetrahedralsites.,--T-rsiPMOhasbetterthemalhdrothermalandmechanicaltabilitthanTiSBA15and,yyexh化i化泣bett知catalyticerformanceintheeoxidationofalllchloride.ppyeec-nKwords:riodimesoorousoranosilicatetrahedrallcoordinatedTidoistabilityppg;y;pg;y;epoxidatio打ofallyl加oride 华东理工大学硕±学位论文第III页目录第1章前言1第2章文献综述32.1介孔分子筛概述32.2有机.4无机杂化介孔分子筛..2.3桥键型有机无机杂化介孔分子筛62.3.1PMO材料的研究进展72.3.2PMO材料的合成方法102.3.3PMO材料的应用112.4金属渗杂PMO催化剂132.4.1Ti惨杂PMO催化剂142.4.2V惨杂PMO催化剂142.4.3Cr渗杂PMO催化剂142.4.4A1惨杂PMO催化剂152.5介孔材料表征方法152.5.1X射线衍射分析152.5.2低温氮气物理吸附152.5.3电窺分析162.5.4核磁共振162-.5.5紫外可见光光谱17第3章有机杂化介孔分子筛PMO的制备183.1前胃183.2实验部分183.2.1实验药品和仪器183.2.2PMO材料的制备193.2.3PMO材輯的表征193.3实验结果与讨论203.3.1桂模比的影响203.3.2酸度的影响223.3.3晶化时间的影响24 第IV页华东理王大学硕±学位论文3.3.4无机盐的影响263.3.5PMO样品的形貌283.4本章小结29第4章四配位Ti慘杂有机杂化介孔分子筛的制备304.1前S304.2实验部分314.2.1实验药品314.2.2材料制备314.2.3材料表征324.3实验结果与讨论32-4.3.1钦源种类对TiPMO的结构及Ti存在形式的影响32-4i.3.2铁源预水解时间对TPMO的结构及Ti存在形式的影响35-4.3.3溶液酸度对TiPMO的结构及Ti存在形式的影响384-.3.4Si/Ti比对TiPMO的结构及Ti存在形式的影响414i.3.5四配位T慘杂机理探讨444.4本章小结46-PMO4第5章Ti材料的稳定性和催化性能75.1前言475.2稳定性考评485.3催化性能考评485.3.1实验药品485.3.2氯丙締环氧化反应485.3.3产物分析方法495.3.4数据处理505.4考评结果分析与讨论50-5.4.1PMO和TiPMO的热稳定性505-.4.2PMO和TiPMO的水热稳定性51-5iPMO.4.3PMO和T的机械稳定性53-5.4.4TiPMO的催化性能5455.5本章小结5第6章全文总结与展望%参考文献58 华东理王大学硕±学位论文第V页致谢66附录硕±期间发表的论文67 华东理工大学硕±学位论文第1页第1章前言,大的比表面积介孔分子筛具有高度有序的孔道结构,较大的孔径,因此,自其合II气然而成出来,,,在催化领域立刻受到了广泛的关注和研究随着研究的深入介孔分一个主要因素子筛的水热稳定性成为制约其应用的。为了拓宽介孔分子筛的应用领域,人们开始对介孔分子筛进行改性研究。46[]口]化[’1999Iin年,世界上;个不同的研究小组nag沁i小组、stein小沮及小姐7]在介孔分子筛合成研究的基础上,相继独立化将有机基团引入了介孔分子筛的骨架之中,合成出了桥键型有机无机杂化介孔分子筛PeriodicMesoporousOganosilica(PMO)。PMO桥键型有机无机杂化介孔分子筛属于有机无机杂化介孔材料,其有机基团均布于。PMO分子筛的骨架么中,不会阻塞介孔分子筛的孔道,也不会降低分子筛的孔径材料保留了介孔分子筛的机械性能和结构稳定性,且骨架内有机基团的存在能够显著地提高一8[,介孔分子筛的疏水性和水热稳定性,进步改善材料的物化性能和有机反应催化性能9]〇W在介孔分子筛的骨架中引入金属原子,可W得到高分散金属组分惨杂的催化材料'11PMO,并可W减少金属组分的脱落流失,与传统的无机介孔分子筛材料相比,在材料中引入金属原子,能更好地控制材料的亲疏水性,让材料有更强的功能性,从而可WS[WSnPMO,得到更好的催化效果。isodiya等将引入了材料的骨架并在降冰片稀和顺-环辛賺的环氧化反应中考察了其催化性能,结果发现由于分子筛骨架疏水性的提高,--Sn-PMO表现出了比SnMCM41更为优异的的催化活性和重复使用性能anchez-。S13V]azquez等合成了Zr惨杂的PMO材料,并应用于甲醇和栋桐油反应制备生物柴油的-SBA-15反应,,结果发现t^Zr为催化剂时随着溶液中加入水量的增加,其产物脂肪酸甲基脂的收率急剧降低Z-PMO,而Wr为催化剂时产物脂肪酸甲基脂的收率受溶液中加入水量的影响很小。Ti渗杂的介孔分子筛由于其介孔结构宜于反应物分子接触孔道内部的活性位,在大TS-I分子氧化反应中显示出了等微孔分子筛所无法比拟的优越性能,因此成为近年来一4UisW,]orma--个热点。例如i研究的,C等报道了TMCM41的合成及其催化环己婦环^7]氧化获得了94%的叔下基过氧化氨转化率和99%的环氧化物选择性。Xiao等在2002MTS-9年合成了介孔铁桂分子筛,并用于苯龄、H甲基苯酪的哲基化W及苯己稀的环氧化反应中,均取得了良好的催化活性和选择性。其中骨架内的四配位Ti是铁娃分子筛、i催化剂催化氧化性能的活性中屯,而骨架外T物种的生成不仅不利于氧化反应目标产["’19]物的生成,甚至可能导致氧化剂的无效分解。-PMO的合成和应用的研究报道较少目前关于T,对Ti接杂机理了解不足,特别是i在酸性条件下由于含有桥键型有机基团的有机超源与锭源的水解速度存在较大的差异,导致Ti难W进入有机杂化介孔分子筛的骨架形成活性四配位Ti物种。 第2页华东理工大学硕±学位论文 ̄ ̄MO材、、本文首先采用水热合成法制备了介孔P料,系统地考察了娃模比溶液酸度晶化时间W及添加剂无机盐NaCl对PMO材料晶体结构和织构性能的影响,确定了有序度和规整度良好的PMO的制备条件。在此基础上,成功地将Ti引入了PMO的骨架,T-制备了四配位i渗杂的PMO材料,即TiPMO,系统地考察了铁源种类、铁源预水解时间、溶液酸性W及S/Ti比对Ti存在形态的影响,对水热合成过程中四配位Ti的惨杂i-。i、机理进斤了探讨最后,对PMOW及TPMO材料的热稳定性水热稳定性及机械-PMOT-稳定性进行了考评,并将Ti材斜应用于氯丙蹄的环氧化反应,考评了iPMO的催化性能。 华东理王大学硕壬学位论文第3页第2章文献综述2.1介孔分子筛概述PW根据国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义,多孔材料根据其孔径的大小可W分为H类icroorousmaterias),2nm:微孔材料(mpl其孔径小于孔材料;介(mesoorousmaterials)2至50nmmacroorousmateas)p,其手L径在!j之间;大孔材料(pril,其孔径大于50nm。微孔材料由于其孔径小于2nm,会限制大分子进入其化道,因此其在实际的应用中会受到很大的限制。而大孔材稱孔径尺寸比较大,并且孔径的分布也较。宽,因此其对分子的选择性会比较差有序的介孔材料具有比微孔更大的孔径,并且其一孔径可调,因此在定程度上弥补了微孔材料レッ及大孔材料的缺陷。PI22’1992年,Mobil公司的Kresge等增次报道了阳离子型季较盐类表面活性剂M41S系列i为模板剂,并运用纳米结构的自组装技术成功合成出了有序介孔S〇2材料,-4--主要包括MCM1巧方相)、MCM48位方相)和MCM50(层状相偉(如图2.1所示)921,22,][,自此,介孔材料W其高比表面积和规整有序的开放性孔道等特化引起了人们一SBA-n---n等的广泛关注。、KJT、HMS、MSUn、FDUn、KSW、JLU系列具有不同结250n一些非珪基的介孔材料构,孔径在到m的珪基介孔材料相继问世,同时(如各种氧化物、。有序介孔材料将分子筛的规则、金属硫化物磯酸盐等)也被成功的合成出来孔径从微孔范围扩展到介孔领域,为材料科学的发展注入了新的活力,是分子筛发展史上的一个里程碑。92i2MCM-MCM-MCM-l’’巧图.1M41S列介孔分了筛的结构a41b48c5〇系:(),(),()92’i’巧--MCM-[F..ui1i21StrcUresofmesoorousM4Smaterials:aMCM41bMCM48c50gp,,(()())根据材料的结构和特征,多孔材料可W分为无定形材料、次晶材料和晶体材料兰类一无定形材料和次晶材料的孔道是不规则的,孔径也多大小不均,结晶材料的孔径分布也不均一,且分布范围很窄,不过其孔道的形状和孔道的尺寸可W通过选择不同的结构来控制。有序介孔材料的结构和性能是介于无定形无机多孔材料和具有晶体结构的无机多孔材料之间的,有序介孔材料与其他的多孔材料相比,具有下的优点(1)有序介孔材料的孔道在微观尺度上是高度有序的,具有高度有序的孔道;2一()具有单的孔径分布,并且孔径的尺寸可W在很宽的范围内进行调控(1.3到 第4页华东理王大学硕:t学位论文30nm);(3)有序介孔材料的孔道结构和孔道形状可W有很大的不同,其骨架的成分组成W及骨架的性质也可W有很大的不同;一(4)经过适当的优化合成条件或者采取定的后处理方式,可W使有序介孔材料具有较好的热稳定性W及水热稳定性;(5)较高的比表面积W及较高的空隙率;(6)可进行适当的控制,从而使有序介孔材料的颗粒具有不同的形貌;(7)有序介孔材料的孔壁虽然是无定形的,与微孔材料的有序的骨架结构存在较一大的差异,但是有序介孔材料的孔壁中也可W存在定的微孔;(8)有序介孔材料可W应用于催化、分离、吸附、传感L义及纳米电极等方面,具有广泛的应用前景。2.2有机无机杂化介孔分子筛一,孔径均且高度有序的介孔孔道介孔分子筛具有高的比表面积,孔径的尺寸可W通过选择合适的模板剂,或者通过加入添加剂等方式进行调节,因此介孔分子筛在催化、吸附、分离、纳米电极、传感W及主客体化学等领域都得到了广泛的应用。然而,介化分子筛的骨架是由无定形的二氧化娃组成的,其孔道的内表面和外表面存在着大量的桂一径基,,方面会导致介孔分子筛的水热稳定性较差亲水性桂哲基的存在,限制其应用,特别是在有机催化方面一一,另方面,这部分桂経基的存在也为介孔分子筛的进步功能一化提供了可能性,。为了改善介孔分子筛的水热稳定性,进步扩展其应用对其进行有一个焦点机改性成为了人们关注的。一,有机改性的介孔分子筛即有机无机杂化介孔分子筛,是种在分子水平上有机组分和无机组分在孔壁或骨架上杂化的材料,它可W分为表面结合型有机无机杂化介孔分P4,25子筛和桥键型有机无机杂化介孔分子筛L对介孔分子筛进行有机改性可W调节它的亲疏水性,进而可W使介孔分子筛表现出更好的催化活性、选择性W及稳定性。有机无机杂化介孔分子筛除了在传统的催化领域有很好的应用前景,其在生物、光学等领域也表现出了极大的应用价值。P6,2巧表面结合型有机无机杂化介孔分子筛可W通过后嫁接或共缩聚的方法每有机基团引入分子筛的孔道中一,引入的有机基团还可W通过进步的化学反应,衍生出新的活性中也。表面结合型有机无机杂化介孔分子筛的活性位相对比较接近,且其有机基团可选的种类也比较多。然而,表面结合型有机无机杂化介孔分子筛的有机基团分布不均匀,且位于分子筛孔道的内部,,会降低分子筛的孔容也会使分子筛的孔径变小。(1)后嫁接法后嫁接法又称为接枝法,是让含有有机基团的前驱体(括烧偶联剂)与己经去除模板剂的介孔分子筛在一定的溶剂中回流,使娃烧偶联剂与介孔分子筛表面的枉径基发生W反应,最后使有机基团嫁接到介孔分子筛的表面2.2。,如图所示含有有机基团的前 华东理工大学硕±学位论文第5页一些金属有机化合物也可W进行后嫁接反应驱体主要是各种烧氧基娃晓或面代桂烧,。在后嫁接反应完成后,还可W利用被嫁接有机基团的反应活性,继续对嫁接上去的有机一一PS1基团进行进步改性,如在嫁接琉基之后,还可W将琉基进步氧化为横酸基。Lim等发现,嫁接后的有机基团大多存在于介孔分子筛的外表面和孔口,因此嫁接后的分12)子筛具有W下的特点:()随着有机基团嫁接量的增加,分子筛的孔径会逐渐减小;(嫁接反应的进行,,,不会影响介孔分子筛的原始结构介孔分子筛的结构可W保持完整有序的介孔孔道不会被破坏3);(嫁接的有机基团通过娃氧键会很牢固的连接在介孔分子筛的表面,但是分布很不均匀,在孔口处含量较多,在孔道深处含量较少,甚至没有;(4)合成的有机无机杂化介孔分子筛的表面性质,如亲疏水性,和嫁接的有机基团的种类和性质有着非常直接的关系。目前,通过嫁接的方法引入到介孔分子筛孔道的有机基-SH、-NH、-H、-CH团的种类己经非常繁多,例如2SOses等。譬擎擎^j;!余?IIMilimiiricW国2.2后嫁接合成法示意图9[]2litiooure巧.2Grafnostsntheticfunctionazaonfororanicmodificationfm巧oroussilicasg.tig(py)gpp(2)共缩聚法直接加入一共缩聚法是在介孔分子筛的合成过程中,定量的含有特定有机基团的有、机活焼,例如:含有石稀基苯基、琉基等的珪烧,而后通过有机珪烧和正娃酸乙醋的共缩聚,将有机基团引入介孔分子筛的孔壁表面,从而直接合成得到有机无机杂化的介W2.3。孔分子筛,如图所示共缩聚法合成得到的有机无机杂化的介孔分子筛中有机基团的含量要高于嫁接法,,并且在共缩聚的合成过程中有机桂烧是均匀的分散在介孔分子筛的前驱体溶液中,,因此,有机基团的分布相对较为均匀但是迭种方法引入的有机基团含量也不能过高,否则会影响分子筛的缩聚过程,甚至会造成介孔分子筛的化道塌陷。 第6页华东理王大学硕±学位论文mrtmdk/otetatai____________f,心—?^92Il图.3共缩聚合成法示意图9-[]Fi.2rtheforairureilg.3Coco打densationmethoddiecsyntsisorgnicmodificatonofmesoooussicas()pp上述的后嫁接法和共缩聚法都有着各自的优点和缺点:共缩聚法,合成步骤较为简单,有机基团的分布也更为均匀,可W引入的有机基团的量要高于后嫁接法;后嫁接法合成的有机无机杂化的介孔分子筛在孔道有序性和稳定性等方面要优于共缩聚法。共缩一聚法在介孔分子筛的协同自组装过程中引入有机基团,会在定程度上影响溶胶凝胶过程中胶粒的形成,从而会影响到介孔分子筛结构的有序性和规整性,因此在保持介孔分子筛结构的有序性和规整性方面,后嫁接法相对较为有优势,但是后嫁接法合成的有机レ,,同时接枝率有限无机杂化的介孔分子筛中有机基团的分布不均匀且不可控,难ッ得到高有机基团含量的有机无机杂化介孔分子筛。一桥键型有机无机杂化介孔分子筛是另类有机无机杂化介孔分子筛,它的有机基团均匀分布于分子筛的骨架之中,不会阻塞分子筛的孔道,也不会占据孔容,并且柔初性的有机基团还可W提高材料的机械强度,其表面的亲疏水性也可W通过使用不同的有机[%1基团进行调变,有机基团也可W继续反应,衍生出新的活性中也。桥键型有机无机杂化介孔分子筛的出现在很大程度上弥补了后嫁接法或共缩聚法合成的表面结合型有机一些缺陷无机杂化介孔分子筛的,比如桥键型有机无机杂化介孔分子筛中有机基团的含量可W很高,可W完全使用含有有机基团的娃源合成得到高度规整高度有序的有机无机杂化的介孔分子筛,其有机基团也不会阻塞介孔分子筛的孔道,不会降低分子筛的孔径。2.3桥键型有机无机杂化介孔分子筛4【]6问[’1999年,世界上H个不同的研究小组Inagaki小组、Stein小组W及化in小组7],相继独立地合成出桥键型有机无机杂化介孔分子筛在介孔分子筛研究的基础上,成 华东理工大学硕±学位论文第7页功地将有机基团引入了介孔分子筛的骨架中。桥键型有机无机杂化介孔分子筛,简称为口1一PMOeriodM](PicesoporousOrganosilica),是种由带有桥键型有机基团的有机珪烧Et0S-R-0R为HC也(iSi,3,桥键型有机基团,如C2,C化等)作为珪源W十六()(巧3焼基兰甲基漠化较(CTAB)或者三嵌段聚合物(P123)等作为模板剂,使有机桂烧在一模板剂周围进行组装和缩合,合成得到的种有机无机杂化的介孔分子筛,其桥联的有机基团均匀地分布在分子筛的骨架结构之中,而不仅仅是在介孔分子筛的孔道表面,图9]2。.4为PMO材料的合成示意邸-一'/—了U、UPrr心%\。渐兴八。巧:?如1j〇O………?巧—*〇9图2PMO11.4材料的合成示意困Fi.2.4SntheicahwaoPMOmaealsgytptyttri)桥键型有机无机杂化介孔分子筛具有w下优点:(1有机基团均匀地分布在分子筛的骨架之中,,不会阻塞孔道也不占据孔容;(2)可W通过使用不同种类的有机基团来一调节分子筛的亲疏水性,提高分子筛的水热稳定性,骨架中的有机基团还具有定的柔一(初性,可W提高分子筛的机械稳定性3)桥联的有机基团可W进步功能化,衍生出;屯、。新的活性中,从而拓宽了分子筛的种类和应用前景基于PMO材料的这些优点,PMO,立材料自合成出来后即引起了世界范围内研究者的兴趣,对其展开了广泛的研究,不同结构和不同组成的PMO材料也相继被合成出来。2.3.1PMO材料的研究进展自1999年,有序介孔PMO材料被成功合成出之后,桥键型有机无机杂化介孔分子筛的合成研究得到了长足的发展。PMO材料将介孔材料的合成从孔道化学的研巧扩展到了孔壁化学的研巧,开辟了在分子尺度上设计,进而合成出表面性质可控的材料的方P233一,法]。然而,介孔材料本身孔壁要求具有定的刚性,因此桥联有机基团的种类受到了很大的限制,目前被引入到PMO材料骨架中的有化基团主要有亚甲基、乙基、立痛 第8页华东理王大学硕±学位论文基、苯环、联苯、喔吩、双嗟吩、茂铁等,图2.5为部分成功合成出PMO材料的有机娃PW前驱体。(ROfes^^■■-戰\=师一咧3^>>^^^巧(^^smmsKOflJaSi/mcn(TOahm ̄ ̄R〇—-SiaoB\_/_?<?isk〇r>jb^Y):j^\sssj\=l/XzZ:/\ssss///l?(^沒TOfS/ ̄ ̄琴琴-V/V氧々…'…"'—X、—/VyiVyy\/\/\=/\=/\_ss^3V撕鸣〇厂^巧巧3巧SWs\心以乂NW測,义又〔)R〇 ̄/SI(feLI?kj'sHORbU,\刈西2.5部分成功合成出PMO材料的有机珪前驱他34Frrnoiuravenconven[]ig.2.5OveviewoftheogasKcaprecsorsththabeerteditoPMOinaterials随着介孔PMO材料的蓬勃发展,科学家们合成了各种结构的PMO材料,例如类-----似于MCM41和SBA15的二维六方结构,类似于FDU1、SBA16、組A1的立方结构及3D六方相结构的介孔PMO材料都己相继被成功合成出,制备介孔PMO材料的方法也从早期在碱性条件下逐步扩展到了在酸性或者中性条件下,所用的模板剂的种类也从离子型表面活性剂延伸到非离子型、中性W及混合模板剂,所合成的介孔PMO材料的孔径在3到lOnm之间,壁厚在0.7到3.3nm之间,而且具有较大的比表面积(6002700m/)。到1g,其中有机基团的种类也在不断的拓展之中PSFr6ba等增次报道了嵌段共聚物P123作为模板剂,在酸性条件下成功合成6出了--二口]W亚乙基(CH2CH2)作为桥联有机基团的维六方的介孔PMO材料。Guo等,^F127为模板剂,添加硫酸钟作为添加剂,在酸性条件下合成出了立方相结报道了(构的PMO材料,在其研究中同时验证了无机盐的加入,有助于介孔PMO材料孔道结37Inaak[。2002i构有序度的提升年,g等洽成了W苯基作为娇联有机基团的介孔PMO材料,它在分子尺度上是高度有序的,并且它具有类晶相的孔壁结构,具有严格的周期性,是迄今为止介孔材料中证据确凿的孔壁结构髙度有巧的介孔材料(如图2.6所示)。 华东理工大学硕±学位论文第9页M3711图2.6具有类晶相结构的苯基桥联的介孔mo材料的孔表面模型图urfw-Fi.2.6Modelofreubrnosilcaacrewagtheposaceofamesoporosenzenebiidgedogaiithystallikll[巧structure最近,,关于PMO材料的研究除了在有机基团种类上的继续扩展,双功能化或多功能化的PMO材料也引起了人们的广泛关注。2001年,Ozin等CTAB为模板剂,在碱性条件下合成出了骨架内W及孔道内同时含有乙稀基的双功能介孔PMO材料。M口9]2004年,arkowitz等成功合成出了骨架中同时含有苯基和亚乙基两种有机基团的介W]孔PMO材料,首次实现了PMO材料骨架中的双功能化。Jaromec等报道了孔壁中同时含有苯环、嗟吩化及乙基的H功能化的球形介孔PMO材料(如图2.7所示),它的比2表而积可达l〇〇〇m/g,热稳定性也高达773K。Qf>mm99^_。—代扩矿石夺c!rl乎去0c??""PMOWl图2.7含有苯环、谨吩和乙基的兰功能材料-[側Fi.2Banionaweneoeneande化anerous.7idtrifunctlPMOithphenyl化ihbriding,p,gggpPMO在材料的合成研究中,有很多桥联有机珪婉的桥联有机基团比较大,其单独 第10页华东理王大学硕±学位论文,作为娃源前驱体常常难W得到具有规整介孔结构的PMO材料,因此部分研究工作者在合成过程中加入了一定量的正珪酸甲醋或者正桂酸乙醋,正桂酸甲醋或者正珪酸乙醋,让它们与娇联有机珪抗进行共缩聚,从而可可W起交联作用1^1得到具有规整介孔结构"一,42tL严格来说这种PMO些区别的的PMO材料材料和最开始的材料是有,送种材料的有机基团在孔壁骨架中的分布可能不均匀,部分有机基团可能并没有嵌入材料的孔一般也可W具备介孔结构高度有序壁中,但是通过适当地控制合成条件,送种材料、比,通过这种方法表面积大W及高的稳定性的特点,可使更多的有机基团嵌入到分子筛一431些具有特殊性能的介孔材料[的骨架之中,得到。〇11(311(1等通过让桥键有机挂晓和正-4娃酸己醋共缩聚的方法,将姥的配合物惨杂到了MCM1的骨架中,所得到的材料对苯44f石婦、环己稀的催化加氨反应表现出了非常好的催化性能。Coma等化通过这种方式MCM-4将铅配合物固定在了1的骨架中,得到的材料对苯基测酸与漠苯甲酸和漠代己醜苯之间的Suzuki交联反应具有很好的催化活性。Peng等在制备介孔膜材料时,将联化巧与钉的配合物嵌入到了材料的骨架之中,得到的材料在光伏电池和电化学发光电WW池中具有很好的活性。Ozin还报道了通过这种方法将富勒赌C60成功地嵌入到了介孔一材料的骨架之中。由此可见,这种材料进步拓宽了介孔材料骨架中有机基团的种类,使介孔材料可W具有不同的化学特性,扩展了介孔材料的应用,具有广泛的应用前景。2.2P.3MO材料的合成方法PMO材料的合成主要是基于表面活性剂的软模板法合成得到的,用软模板法时材料的结构更容易构筑,操作过程也不需要复杂的设备仪器。软模板是通过分子间或分子一定空间结构的簇集体内弱的相互作用而形成的具有,这种簇集体具有明显的结构界面,通过这种特有的结构界面可W使材料的分布呈特定的趋向,从而得到具有特殊功能的材47[1料。在合成过程中,选择不同的表面活性剂将会对最终得到的材料的结构和性能产生重要的影响。(1)离子型表面活性剂为模板剂合成介孔PMO材料PMO材料最初的发现就是用离子型表面活性剂作为模板剂合成得到的,其机理是^—'口3]xSOs:r:阳离子型表面活性剂(在酸性(r)或碱性(s)条件下,阴阳离子通过库仑力的相互作用形成自组装的离子对,而后经过水解缩合,形成最终的介孔材‘--稱。其中,S为阳离子型表面活性剂,。,X为C1等面素离子I为娃源前驱体具体合成过程为:W离子型表面活性剂烧基H甲基因化倭盐或十六烧基面化化晚盐为模板,一W桥联有机桂烧为前驱体,在定的温度和酸碱度下过自组装和水解缩聚的过程得,经一到孔内含有模板剂的介孔PMO材料,脱除模板剂之后,即可得到高度有序孔径均的ws-PMO’w介孔材料。W阳离子表面活性剂为模板剂合成得到的PMO材料般表现出一二维六一,比方或H维立方的介孔结构,形成的孔径般介于2到5nm之间表面积般2介于500到1000m/g之间。(2)W非离子型表面活性剂为模板剂合成介孔PMO材料常见的非离子型表面活性剂主要有P123、P127、Br扣6等,W非离子型表面活性剂 华东理工大学硕±学位论文第11页为模板剂的合成机理是:如果是在酸性条件下,表面活性剂(常为王嵌段共聚物)通’—0X过(SH)r模板方法合成,而如果在中性条件下,则为途径,通过前驱体和表面活性剂之00间的氨键作用力形成(N为非离子表面活性剂,1为中性珪源前驱体)。其具体合成过程与离子型表面活性剂为模板时的类似。PMO一25nm在碱性条件下,W离子型表面活性剂合成的材料的孔径般介于到之间,而在酸性条件下,W非离子表面活性剂P123、P127等为模板可^^1合成出孔径较大[W]的PMO材料。Jaroniec等用P123做为模板剂合成了亚己基和二硫化物桥联的PMO2材料,经测试,其孔径分布在7.1到8.4nm之间,比表面积为960到1220m/g之间。Bri一j56(十六焼基聚氧己帰趟)为另种非离子表面活性剂,它价格便宜、无毒、易降解,tU其为模板剂合成出的PMO比表面积和较窄的孔材料也具有规整的介孔,较高的径分布,和Pl^相比,其合成得到的PM0材料具有更大的比表面积,且W其为模板剂W[时,合成过程中酸的浓度对最终形成的PM0材料的介孔结构影响更小。Bri76也可jW作为PMO材料合成过程中的模板剂,Wang等分别WBrij76和Brij56为模板剂合成得到了介孔PM0材料,结果发现WBrij76为模板剂得到的PMO有更高的介孔有序性和更大的孔径,但是比表面积两者相当。0)双模板法合成PMO材料一PMO材料的iFC-4双模板法是种新型的合成方法,Qao等W(全氣烧基酸季锭盐阳离子类表面活性剂,氣碳表面活性剂TAB作为共模板剂,让含有5种)和C不同官-SH-N比-CN-OC-H珪焼偶联剂和乙基桥联的桂源前驱体进行共能团(,,,,Css)的一-水解缩聚,种凹球状的PMO,FC4含量的增加会使凹球状PMO合成得到了。研究发现材料的粒径减小、孔壁变薄,且不利于介孔的形成;而当两种前驱体含量同比例的增加时,对介孔的有序性没有影响,且能够使凹球状PMO材料的孔壁变厚。这种用双模板制备凹球状PMO材料的技术未来有望应用于纳米催化剂、微电子技术、生物传感化及基因分离等领域。2.O.33PM材料的应用(1)应用于催化领域由于PMO材料具有的独特的性能,,自其合成出来W后就在催化领域引起了广泛的关注。横酸功能化W及含氮有机基团功能化的PMO材料可W分别作为固体酸和固体碱惟化剂,应用于催化领域。Yang等阳离子表面活性剂为模板剂,让娃烧化试剂MPTMS(3-窥两基H甲氧基桂焼)和桥联有机趕婉共缩聚,合成了含有琉基的PM0材-料,PMO材料MO而后用双氧水将琉基氧化成了橫酸基,从而制备了横酸功能化的(P-S0H乙基桥联的PMO-3),Yang通过这种方法合成了SOsH和苯基桥联的PMOSO出,F-t-r,而后将它们应用于了酷的iedelCrafs反应结果发现乙基桥联的PMOSChH表现出口5]。Heann-(H了更好的催化活性sem等先合成了兰(3甲氧基甲娃烧基),)丙基胺而后W其作为娃源前驱体,合成得到了孔壁中含有氨基的PMO材料,该材料在苯甲醇和丙二睛之间的Knoevenagel缩合W及苯甲醇和硝基乙烧的Henry反应中都表现出了很高 第口页华东理王大学硕±学位论文的催化活性。在PMO材料中引入金属原子,比起传统的二氧化珪材料,能更好地控制材料的亲疏水性,也可让材料有更强的功能性,从而可W得到更好的催化效果。此外,在PMOA1材料中渗杂某些金属原子,例如,可W制备出固体酸碱催化剂或者聚合用氧化还原催化剂。利用PMO材料的有机基团W及金属原子的活性,可制备出具有有序介孔、催443Co[化性能高效的催化剂,并可应用于多相催化领域rma。等成功制备了结构中含有铅-碳环的介孔PMO,并将其应用于催化漠代苯甲酸和苯棚酸的SuzukiMiyaura偶联反应,得到了很好的催化效果一。在PMO材料中引入手性配体是PMO材料在催化领域的另个应用口W,Jiang等先制备了含氨基的PMO材料,而后让氨基与RhcodCl2进行络合,[()]得到的材料在苯己酬的不对称加氨转化反应中表现出了较高的催化活性和选择性。57Hud1son等将氯过氧化物酶成功地固定到了介孔PMO中,氯过氧化物酶是目前应用一,可巧广的种过氧化物酶^^催化氧化广泛的底物。(2)用作吸附材料PMO材料具有很高的比表面积,且其有机基团可W调变为能与金属莖合的有机基团,PMO,,因此材料可W用作吸附材料在色谱填料、污水处理W及环境整治等领域有8Zh口]着广泛的应用前景。ang等用四硫雖桥联的有机赶烧为前驱体与正桂酸乙醋进行共2+聚合,合成得到的四硫酸桥接的介孔PMO材料,该材料表现出了对Hg很强的吸附特+++222性,而对其他金属离子,比如Pb、Cd、Zn和C护等,贝!J只有很弱的吸附特化因2+PMO此,该种PMO材料可W用于选择性地从水溶液中除掉Hg。材料除了可吸收的重金属离子外,还可吸收某些有机污染物,可W预见,其在环境污染治理方面将会发59Bu[]挥出重要的作用rleih等合成了分别W乙赌基桥联和W二乙基苯桥联的PMO。g材料,并通过对酪类化合物的吸附实验考察了它们的吸附性能,实验表明,它们可W从污水中快速有效地吸附酪类物质,并且二泛基苯桥联的PMO材料的吸附性能,要远远大PMO二乙基苯中n-n于乙締基桥联的,这可能是因为的苯环和齡类化合物之间存在的一共扼作用,因此两者可很好地结合在。在色谱领域.5起,Kim等合成出了粒径为1l2至.5um,3.2nm的亚乙基桥联的PMO材料j孔径为,并将其应用于了高效液相色谱之中。(3PMO薄膜材料)制备出目前,各种类型的PMO薄膜材料,在生物传感和涂层领域都己发挥出了巨大的作用,特别是在微电子领域,PMO材料可W作为绝缘性的涂层材料,这是因为PMO材料具有较大的孔径、较低的介电常数、高含量的有机组分、较低的极性W及较强的疏水性。6P[i]TACark等W〇(氯化十八焼基H甲基镑)为模板剂,合成了乙基桥联的PMO薄膜,二一,其为维六方结构,孔径为3.2nm,在微观上,而后经过进步的处理得到了厚度均一的透明薄膜。(4)在其他领域的应用目前,PMO材料的应用已很是广泛,比如在光学、生物等领域,都取得了很大的进 华东理王大学硕±学位论文第I3页一62[巧[]、PMO通过渗杂稀±金属均的材料,该材料经展。Park等,得到了块状的透明发射出相应的红,在紫外线传感等方面具有、绿、蓝光特定波长的光照射之后,会分别64[]经被用来探测易爆物24-H硝日PMO材料,己,,6潜在的应用价值。目前,含有h嘟环的TNT)且具有很高的选择性。PMO材料同样是固定生物酶的理想材料,Wang基甲苯(,并等阿利用PMO材料高的表面积和孔径可调的特性,调节PMO的孔道,使其只能容纳一蛋白质分子的聚集,这是种新,促进了蛋白质的重折叠单个蛋白质分子,从而降低了65K[]PMOim,型的蛋白质重折叠的方法。此外,等发现,Ni原子分散的苯基桥联的材料一。具有良好的储氨性能,是种很好的储氨材料2.4金属渗杂PMO催化剂高的比表面积和更大的孔径,被广泛用作金属相对于微孔分子筛,介孔分子筛具有此,催化剂的载体,因,然而由于载体与负载的金属之间往往缺乏较强的化学偶联作用口0]中。将娃源与在有水或者极性溶剂参与的化学反应,负载的金属组分很容易脱落流失,可W减金属盐共水解缩合形成化学键,从而使金属组分嵌入到分子筛的骨架结构之中少金属组分的脱落流失,同时金属组分可高分散的状态均匀分布于介孔分子筛的骨MO材比起传统的无机介孔分子筛,能更好地控制材料架中,。在P料中引入金属原子PMO,可。此外,在材的亲疏水性,可W让材料有更强的功能性W得到更好的催化效果。利用料中渗杂某些金属原子,可W制备出固体酸碱催化剂或者聚合用氧化还原催化剂PMO材料的有机基团W及金属原子的催化活性,可制备出实用价值较高金属渗杂催化剂,己经成功渗杂到PMO材料骨架中且具有催化活性的金属主要有Ti、Al、。目前PMO催化剂及其催化的一些Cr、Ru、Pd、V、SnW及饥》等,图2.8为部分金属惨杂的口4]氧化还原反应。W下对几种主要的金属惨杂PMO催化剂进行介绍说明。幻/\脚》。R—CH—CHjVJ-0%1810)^THiVg)。,.咕产"30%H202\30%HC^/NH/23orTBHP\"Scon^63%.\;巧…CH==CH2X萨1諸里指%1,從)? ̄—…CCOOhr饼a\3裤飾//M從/两夕^薩。觀徽(睦莖I靈冷^方\^厂\-獅OH\_y妨一1-6一seN30%COOH)|御(喷2)。掉e松7艮?観至>尸、今Vrr〇(HOGC—COOHQ%-沖獅}㈱朽11S乾1《)口41图2.8部分金属渗杂的PMO催化剂催化的氧化还原反应34]ma[F2metasesincororatedinPMOterialsig.8民edoxprocessescatalyzedbylitp 第14页华东理工大学硕±学位论文2.4.1Ti渗杂PMO催化剂一--Ti接杂的(MCM-HMS、Ti--介孔分子筛例如:Ti4KTiSBA15等)的孔径般介于3到6nm之间,且可W在相对温和的条件下催化过氧化物选择性氧化大分子有机物。--、,然而,与TS1Ti目分子筛相比Ti惨杂的介孔分子筛的氧化性能、水热稳定性W及重复使用性能都较差,因此其实际应用受到了很大的限制。研究人员普遍认为多孔固体一6667个重要因素在水性溶剂中进行的催化反应^,^的疏水性是影响其催化活性的,尤其是。,,同时T基于送样的认识研究人员对Ti慘杂的介孔分子筛进行了有机改性i慘杂Co[WHMDS的PMO材料也引起了科学界的关注。rma等报道了用(六甲基二珪胺)对Ti-MCM-4194%分子筛进行娃烧化处理,最后得到的材料在催化环己婦环氧化时获得了的叔了基过氧化氨转化率和99%的环氧化物选择性。Kapoor等率先合成了Ti渗杂的6?69PMO-PMOa-]t(Ti),并发现其在薇嫌环氧化、丙締气相环氧化反应畔均表现出了8[]良好的催化性能-PMO材料在二丽的氨朽化反应,更重要的是Ti环己酬和环十中也具S---Ti-PMO有很好的催化性能,而T1及TiMCM41在此反应中几乎没有催化活性。--材料在这些反应中表现出了优异的催化活性,这主要是因为其具有TiMCM41所不具备的疏水性。自此W后,金属惨杂的PMO材料因其疏水性在催化领域备受关注。Melero?[Ti惨SBA-151-等耶道了杂有机杂化的的合成,并在辛帰的环氧化反应中考察了其TOF催化活性,结果发现随着分子筛骨架中疏水基团含量的提升,反应的数逐渐增高。2.4.2V惨杂PMO催化剂71[]Shls8---yeh等分别使用C1,C16和C14烧基王甲基镑表面活性剂在碱性条件下审UVPMOV-PMO)V-PMO备了渗杂的材料(,发现材料的结构有序度、形貌、W及金属-的渗入量在很大程度上取决于表面活性剂疏水性碳链的长度,长链C18)的表面活性(一-PMO的有序度和金属渗杂量-剂有助于提升V。这主要是因为方面长链(C18)的表一面活性剂有助于有机珪烧的重新排列,从而可W使PMO的结构更为有序,另方面与-短链表面活性剂相比,长链(C8)的表面活性剂疏水性更,会形成更大的胶束,惨1强杂的金属V更容易在大胶束的表面排列并与珪物种进行缩聚。而后,Shyle沈将合成得到的V-PMO材料应用于V-MCM-41相比了苯乙稀的环氧化反应中,发现与,由于疏水V-PMO性的提局,大大提局了过氧化物的利用效率。72[]V-PMO化基于材料在苯己締环氧化反应中表现出的优异的催化活性,化yle等将-PMO材料应用于了顺---MCM-V环辛帰环氧化反应中,结果表明,VPMO具有高于V41-PMO-MCM-的催化活性,的重复使用性能要远远高于V41,且V,说明疏水性的提高一一V-PMO的催化性能方面也提高了V-PMO的稳定性方面提高了,另。2.4.3灯渗杂PMO催化剂C-H,焼轻的键是相对惰性的因此其氧化反应是十分困难的,然而其选择性氧化得一般都是十分重要的工业化学品到的产物,因此这类反应具有十分重要的工业价值。环己焼氧化生成的环己醇和环己丽是生产己二酸(生产尼龙66)和己内醜胺(生产尼龙6)的关键中间体,该反应主要使用的是均相催化剂,存在分离困难和催化剂难W回收利用 华东理工大学硕±学位论文第15页---MCM--的问题。目前,含有灯的固体催化剂(CrS1、CrA化0、打41、CrMCM48)在一一C-H键的选择性氧化烧控反应中表现出了定的催化活性,然而,这些催化剂般活性较低,,反应需要在苛刻的条件进行,催化剂的金属活性组分也比较容易流失,因此合成出活性和稳定性更高的含Cr的介孔材料具有特殊的意义。["]Shylesh等首次报道了tUCTAB为模板剂,在碱性条件下,合成得到了Cr接杂的PM0r-PMO)化,并在环己晓的氧化反应中考察了它的催化性能,发现经过5h的反应,C-PMO获12-MCM-41获得的转化率仅为25%-r得了环己烧%的转化率,而Cr.,且Cr-r-MCM41-PM0中金属C的流失远远低于Cr,上结果表明,,由于疏水性的提高CrPM0的催化活性和稳定性都要优于Cr-MCM-41。2.4.4APM0催化剂1惨杂一A1渗杂的介孔材料具有定的酸性>,可[^用于芳轻的醜化和烧基化^^1及大分子有一系列酸催化的有机反应机物的异构化和裂解等,其在石油化工和医药等领域有着广泛的应用前景然而,由于A1渗杂的M41S型分子筛是亲水性的且水热稳定性较差,其在工业上的应用受到了很大的限制,因此,制备去高水热稳定性的A1惨杂的介孔材料具有十分重要的意义。74Y[]ang等在碱性条件下,成功合成了亚己基桥联,W阳离子表面活性剂为模板剂M02-二-的A1渗杂的P材料,该材料在催化4叔了基苯酷与肉桂醇的烧基化反应中表,7A-MCM-[现出了比141材料更好的催化活性和催化选择性。Shyle油等叫夺合成出的AkPM0在沸水中迸行回流-,考察了样品的水热稳定性,发现A1PMO在沸水处理15化之-MCM-,而A4124内都可很好地保持介孔的有序结构1在沸水处理之后,介孔结构就己经遭到了很严重的破坏。W上结果表明A1-PMO材,孔壁中疏水性有机基团的存在对一料起到了很好的保护作用S-O-S,可W在定程度上遁免ii键被水解破坏。2.5介孔材料表征方法2.5.1X射线衍射分析X射线衍射技术是利用X射线的波动性和晶体内部结构的周期性对晶体结构进行分析的X射线衍射方法是研究材料长程周期有序的有效方法,也是最常用的表征有序介孔材料的方法P123PMOSBA-。在酸性条件下,W为模板剂合成的材料具有类似于15的六方结构。其衍射峰主要为晶面(100)、(110)和(200)的衍射峰,由晶面(100)0=的衍射峰的位置和布拉格方程(2dsinnA),可W计算出其晶面间距dioo的值,进而a,利用d,此外,再结合根据六方结构空间群的结构特性ioo的值即可计算出晶胞参数0N2物理吸附脱附的数据,即可计算得到介孔材料的孔壁厚度。2.5.2低温氮气物理吸附低温氮气物理吸附是一种可W有效鉴定介孔分子筛的方法在表面积、孔径和孔容测定的基础上,吸附脱附数据可W提供多孔固体材料在结构和性能方面准确可靠的信。息氮气吸附平衡等温线由吸附支和脱附支两部分组成,其形状与材料的孔结构直接相 第16页华东理工大学硕:t学位论文7778心,’关,IUPAC将吸附平衡等温线分为六种(如图2.9a所示)^分别对应于不同的孔-:结构,其中,介孔材料的氮气吸附脱附等温线通常为IV型在较低的相对压力下发生的,然后是多层吸附吸附为单分子层吸附,至压力足发生毛细管凝聚时,吸附等温线上一表现为个突跃,毛细管凝聚发生的压力也越高,(介孔材料的孔径越大)最后是外表面-吸附脱附不完全可逆,吸附支。在IV型吸附平衡等温线中常常会发生滞后现象(即吸附口,12342.9b和脱附支不重合)。滞后环按形状可W分为H、H、H、H型四类(如图所示)H1型滞后环非常陡而且几乎平行,多为大小均S且形状规则的孔;H2型吸附脱附等温线的吸附支由于发生毛细管凝聚现象而逐渐上升,而脱附分支在较低的相对压力下突然下降,几乎直立,多为墨水瓶孔(口小腔大);H3和H4型滞后环多为狭缝状孔道,尺寸与形状均匀的孔呈现H4型滞后环,而非均匀的呈现H3型滞后环。 ̄ ̄ ̄In/]化仁?巧^IJ量JT巧对巧力P/玲梢对座力P/Pa注b77782a町’,1图.9吸附等温线的分类()和滞后环的分类(b)23.77.78[F]i2.9Classficaonofadsortionso化ermsandhs化ressloosgitipiyipP33介孔材料在77K下对氮气的吸附呈现W下几个阶段:在相对压为较小的低压段,吸附曲线比较平缓,这是氮气分子W单层吸附于孔道表面所致;在中等压力范围内吸附量随相对压力的增加而迅速增加,这是由于氮气分子有单层、多层吸附至介孔孔道内毛细管凝聚引起;之后吸附量随相对压力增大缓慢递增,表明吸附逐渐达到饱和。在中等,发生突跃的压力越大表明样品的孔径越大压力区的突跃与样品的孔径大小有关。而且突跃的陡峭程度也可用来判断孔径分布的情况。2.3.5电镜分析电子显微镜是研究介孔材料微观结构最直接最常用的手段。扫描电镜(SEM)可直接观察介孔材料的形貌。透射电镜(TEM)可观察介孔材料的孔道结构、孔道排列方式W及孔径大小,其可对XRD和氮气吸附分析的结果进行直观的验证。254核磁共振..核磁共振波谱是通过测量电磁波与外磁场中原子核之间的相互作用来研究物质结一构特性的,,是种重要的研究物质结构特性的现代分析手段其研究的是原子核对射频 华东理工大学硕±学位论文第17页福射的吸收,产生所谓NMR现象。利用NMR可W确定材料的聚合程度化及有机基团29的存在;SiNMR可W确认介孔材料中Si的微环境,是确定孔壁结构的最有力的手段,U。可W探知不同聚合度珪物种的存在,通过计算各种的峰面积,研究生成机理而CNMR则可。lU对介孔材料中有机物客体结构进行分析确证固体核磁共振谱是表征PMO材料24[]中有机基团的有效手段。2-.5.5紫外可见光光谱紫外-可见漫反射光谱是表征含钦分子筛中Ti物种配位状态的有效手段,骨架内的四配位Ti会在220nm左右产生特征的紫外吸收,它是与Ti配位的骨架氧原子上2p轨道电子跃迁到中也Ti原子3d空轨道上时所产生的,是骨架四配位Ti物种存在的证据798Dlt,,而波长在扣〇11111附近的处的吸收峰,归属于骨架外的锐钦矿型Ti〇2。 第18页华东理王大学硕±学位论文第3章有机杂化介孔分子筛PMO的制备3.1前言桥键型有机无机杂化介孔分子筛一PMO是种分子水平上的有机组分和无机组分在,其有机基团杂化均布于分子筛的骨架之中,不会阻塞分子筛的孔道孔壁中杂化的材料,不会降低分子筛的孔径,并且柔初性的有机基团还可W提高材料的机械强度,其表面的亲疏水性可W通过使用不同的有机基团进行调变。桥键型有机无机杂化介孔分子筛PMO的出现在很大程度上弥补了表面结合型有一些缺陷机无机杂化介孔分子筛的。然而,由于娃源性质的差异,PMO材料的合成条件与常规无机介孔分子筛的合成条件有较大的差异,采用和无机介孔分子筛相同的合成条件,常常难W得到规整度很好的介孔PMO材料。研巧表明,在碱性条件下更容易得到规整的PMO材料然而,在碱性条件下所用的模板剂离子型表面活性剂为主,合成的PMO材料的孔径较小(2到5nm),而在酸性条件下,W非离子型表面活性剂为模板剂,合成的PMO材料,可W有更大孔径和更厚的孔壁,稳定性也会优于碱性条件下制备的PMO。本章系统地考察了娃模比、溶液酸度、晶化时间W及添加剂无机盐等合成条件对PMO材料的晶体结构和织构性能的影响,制备出了高度有序,且具有大的比表面积和一一PMO均介孔的材料,为进步的功能化(金属渗杂)提供了支持。;3.2实验部分32..1实验药品和仪器表3.1实验主要药品和仪器Table3.1Reagentsandinstrumentsusedinexperiment药品或仪器名称厂家H嵌段共聚物=-P123(E〇2〇P〇7〇E〇2〇,M5800),分析纯別maAldrich公司g-12二T距ma-3己氧基甲挂烧基,%%SiAldrih公司,()己烧Bgc盐酸,分析纯上海凌峰化学试剂有限公司氯化销,分析纯上海凌峰化学试剂有限公司正珪酸艺醋订EOS),分析纯上海凌峰化学试剂有限公司甲醇,分析纯国药集团化学试剂有限公司50mL水热合成蓋(聚四氣乙婦内衬)上海聚昆仪器设备有限公司-LC213型电热恒温鼓风干燥箱上海爱斯佩克环境设备有限公司HWQL-3型恒温加热磁力揽拌器郑州长城科工贸有限公司HH-WO(3L)型电子恒湿油浴锅上海互佳仪器设备有限公司SHB-3A型循环水式真空泉上海豫康科教仪器设备有限公司 华东理工大学硕±学位论文第19页3.2.2PMO材料的制备PMO材料采用水热合成法制备,不同样品的简称和制备工艺条件如表3.2所示,W50-0--下给出样品P.18M48h4的制备过程作为示例:称取0.9P123置于50mL烧杯中,g=而后加入32mL0.18mol/L的HC1溶液,并加入1.89gNaCl(NaCl/Si4),攒拌约4h,°使P123完全溶解,溶液变为澄清。在水浴锅中,加热至40C,而后滴加入1.43gBTEE‘P=C4h(Si/12350),保持40恒温揽拌2。将海合液转入50mL的水热合成盖中,置于’’ClOO烘箱中晶化48h。晶化结束,冷却至室温后,过滤,洗涂,而后在lOOC烘箱中干燥化得到固体样品。-SBA15:用桂源TEOS代替ST郎分子筛的制备,其他过程与PMQ的制备过程相同。模板剂的去除:采用萃取的方法去除模板剂,将〇.7g固体样品与200ml酸化甲醇(甲100:3)混合2化、醇与浓盐酸的体积叱为,进行索氏抽提两次,每次,然后经过滤’C烘洗涂,在lOO箱中干燥12h。表义2不同PMO样品的合成工艺条件了le3PMOab.2SynthesisconditionsforrearationppSi/P123盐酸浓度晶化时间NaCl/SiPMO样品简称(摩尔比)mol/L时间h(摩尔比)-0--P25.18M4425848弛0.14---0P500.18M4她450.18484P75-0M--584.1848h470.148"P-4-401000.18M8h100.18484P50-0M--3484.(B34她4500.03---.0P5005M48h450.5484P50---15.M48h4501.5斗84P50-0--.18M24h4500.18244---P500.18M72h45002.1874P-0M--050.1848h050.18480P50-0--2508482.18M48h0.1--P50-0如.18M46500.184863.2.3PMO材料的表征N2吸附-7Kcromeriecs-20脱附实验于7下在美国Mit公司的ASAP10C型比表面积及孔隙度测定仪上完成,由BET方程计算比表面积,根据吸附脱附等温线的脱附支由BJH方法计算孔径分布。采用日本RigakuD/Max2550VB/PC型X射线衍射仪进行X射线衍射分析,分析。VmA5-;如祀,电压40,电流200,扫描范.8。条件k围0 第20页华东理工大学硕±学位论文采用美国FEI公司的NOVANanoSEM450场发射扫描电镜(SEM)和日本JEOL公司的JEM-2100型透射式电子显微镜(TEM)对材料的形貌和结构进行观氣其中SEM。表征制样时须进行喷金处理,然后进行样品观测3.3实验结果与竹论3.3.1桂模比的影响在材料的制备过程中,原料的配比对合成的结果有重要的影响,因此,在PMO材=料的制备中i/P12325、50、75、100)对PMO材料的影响。,考察了不同的挂模比化P---100(U8M4化4==rI,50-0--P.18M48h4VI1一?一P25-Q--.18M4化412345〇巧()國3.1不同珪模化合成的PMO的XRD国谱-Fig.3.1Xra出ffractionaternsofPMOsamlesreredwi化differs打tSi/P123ratiosyppapp图3.1为不同珪模比合成的PMO材料的小角XRD图谱。从图中可W看出,样品°。P50-0-4-=.18M8h4在2e<r处出现了高强度的衍射峰201.41.6,同时在和处可W观测一82[:1到两个弱的衍射峰-二,这与SBA15分子筛的谱图持征致,分别对应于维六方晶相200---(100)(110))500.18M48h4具二,和(晶面,说明样品P有规整的维六方的介化-----2508-结构。而样品P.18M4h4在小角范围内没有明显的衍射峰P750.18M48h,样品°=°---<.处同样出现了高强度的衍射峰、4和P100018M48h4在201,但它们在201.41.护=的两个衍射峰较为模糊,这表明当珪模比很小(Si/P12325)时,不能得到有序的PMO,当珪模比増大至50W后,可W得到有序度良好的PMO,继续增大珪模比,PMO的有序83][PMO的壁。度略有降低,这是由于厚增加,骨架中部分娃物种的缩聚程度有所降低一s^结果与SBA-f-这15的合成研究有较大的差异,ChoiW及郑修成等发现,在SBA-5合成过程中-1,珪模比的改变对于犯A15的介孔有序度影响不大,只会影响SBA15 华东理王大学硕±学位论文第21页SBA-主要原因是15所使用的两种不同的珪源在,PMO和的孔径大小,造成送种差异的虽然珪模比的改变对于SBA-15的介孔有序度影响结构和性质上存在很大的差异,因此不大,但是在合成有序的介孔PMO时,需要控制珪模比的范围(50到75之间)。b()-(a600)5.?,。。-'、八〇10-6。。ft声一-一省、00当兰边立\名I0.10蓋03_6。。;|1..1\^?-/■?'PSOoiSMdSh.-.d.,I...0>010600-’-5--P250.18M4雙;■一---■■/\P250'18M4化4.〇1〇〇〇0...0101〇.00.20.406081民elativePressu化(P/P)PoreDiameter(A)〇PMO的N-a)及孔径分布图图3.2不同珪模化合成的2吸附脱附曲线((b)-irioPMOsamlesrearedNadsortionsortiaandPoresizedstbutionsbfFionso出erms:)ppp.3.2de()(ig2ppt123raosw(enSi/PtiihdiffertN附-脱附曲线及孔径分布图32为不同珪模比合成的PMO材料的2吸。从图中图.-------脱附等温线P500750.18M48h4具有典型的第IV类吸附,可W看到样品.18M48h4和P一=?吸附曲线在p/p〇0.70.8处有明显的飞跃,这是具有均孔道的介孔分子筛的典型毛细-[口]50-01M-4h-4和F75-0.18MH1型回滞环.88,说明样品P吸附现象,并形成了典型的一一---P500.18M48h4-48h4具有均的圆柱形孔道,孔径分布图中也表明了这结果,样品------0.18M48h4的7501M44的孔径分布都很窄。P25吸附曲线的跃升和和P.88h而样品,说脱附曲线的下降都不是很睹峭,吸附和脱附曲线在高的相对压力时仍未重合明样品一一-018M-4-4的孔径分布较宽,孔径分布图也表明了这结果。P25,且不是均的介孔.8h-----0001M48h4的吸附脱附等温线,但是其回滞环样品P1.8脱附曲线也属于第W类吸附一--0P100/0.55之间存在另,这表明样品.4回滞环较宽,这主要是因为其在相对压力pp(尸"一[]-,化8-48h4的圆柱形孔,出现了明显的缩口现象在孔径分布图1M的孔道不再是均一P-18M-4她-4的孔径分布不是集中在处。W上结果也证实了1000.中,也可W看到样品PMO33XRD的结果50。表.为不,桂模比在到八之间,可W得到有序度良好的介孔2-上800mPMO的物性数据个样品的比表面积都在,且差别同娃模比合成的,四不大,孔径先増大后减小,当珪模比为,PMO材料的孔容随着娃模比的増加逐渐减小 第22页华东理工大学硕古学位论文50到75之间时,PMO具有的比表面积和孔径都较大,为合成PMO较适宜的珪模比。表3.3不同挂模比合成的PMO的物性数据Table3.3S加cturalparametersofPMOsamplespreparedwi化differentSi/P123ratios2-i-m?]?igmgrnn-0--P25.18M48h4258961.064.9--P50-0.18M48h4509251.025.8-P75--0.18M48h4759070.835.6P100-M--0.1848h41008750.744.53.3.2酸度的影响runr?-P--目V500.5M48h4皇1/^---IP50Q.18M48h4---L5Q0.033M48h4-PI■I■I.I■12345°29()困3.3不同酸度合成的PMO的XRD图谱-巧.3.3Xra出ffractgyiona化msofPMOsamlesrearedwppi血di瓶rentHClconcenapp化tions图3.3为不同酸度合成的PMO材料的小角XRD图谱。从图中可看到样P-品50--(48h4---0.mM和P5〇018M48h4---.H个衍射峰很清晰,强度很高P5〇M4,而样品〇.58h4和P5-1--.5M48h40的XRD衍射峰强度己经相对显著减弱P5〇-5M-4-4的,其中〇.8h川0)晶面的衍射峰己基本消失,(200)晶面的衍射峰还可W看到,P50-1-而样品.5M48h-4的(110)和200)(晶面的衍射峰都已消失。这表明在较低酸度时合成的PMO的介孔有序性较好一,而在较高酸度时合成得到的PMO的有序性较差。这-结果与SBA15的合成研究也存在着较大差异SBA-15,介孔分子筛可W在较宽的酸度范围内合成且, 华工大第23页东理学硕±学位论文M一一[]TEOS相比BTEE中含般在较髙的酸度下合成。产生这差异的主要原因是,与,--乙基的存在对BTEE的水解具有诱导作用BTEE畑),因此有有机基团亚乙基2畑2,亚(TEOS,因此酸性过的水解速率会快于,盐酸对于桂源的水解和缩聚同样具有促进作用高时,BTEE会很快地进行水解和缩聚,其水解后的桂物种将不能与模板剂形成的胶束8687[’]充分作用PMO有序度会变差。,因此得到的1附o(的f扣■〇0-1--1.5M48h4P5---\P501.5M48h4?1?*A0■-1的0養9s-/\--S?500-0--//p50.5M48h4B?'!\—么---巨./\P500.5M48h4___〇—A心04AAA4JUA▲一▲—in■=S.S。|-?10。。e〇.-tI%5\^o---P500.18M4二8h4么£iP50-0.--目i18M4化4'>…m:l’500P5-M-4如-400.033l\0-0--.P5.033M48h4^/\100000.81.01010.00.20.40.60PoreDiameterA)(R化tivePre眶e(P/P)?PMO的N-a(b)图3.4不同酸度合成的2吸附脱附曲线()及孔径分布图-am3-iso化ermsaandPoresizedistributionsbofTiPMOsplesF.4Nadsortiondesortoni()ig.2pp()rearedwi化differentHClconcentrationsppN附-脱附曲线a)(b)。在图34为不同酸度下合成的PMO的2吸(及孔径分布图.oPM0材料的吸附-度低于^5ml/L时得到的脱附曲线图中可^看到,合成时盐酸浓P50-0--SBA-H1型回滞环.5M48h4的吸附比较类似15型分子筛的,样品,具有典型的-P50-15-48h-4脱附曲.M的N2吸附和脱附曲线在高的相对压力时没有完全闭合,而样品35mol/LH1型回滞环有H型回滞环,化线己经不再是典型的,同时具说明在盐酸浓度大于15molL时合成的PMO的有序介孔孔时PMO的,而盐酸浓度为./,介孔有序度开始下降一--P50-l84的的介.5M4h孔道己不再是均道己经被破坏,也可W看到,在孔径分布图中一-T,iPMO孔道的规整程度较差这孔,这表明高酸性条件下合成的,还存在部分大孔34为不同酸度下合成的PMO材料的物性数据,结果与XRD的结果也是相吻合的。表.下合成的PMO的孔径和化容也比较接近,可W看到各样品的比表面积差异不大,低酸度PMO的孔径和孔容都较大,孔径和孔而在高酸度下合成的,且随着酸性的增加容都有PMO的己经被破坏,产生了部分大孔的缘故。增大趋势,这可能由于介孔孔道 24页华东理工大学5硕±学位论文表3.4不同酸度下合成的PMO的物性数据Table3.4StructuralaramersofPMOp幻samlesrearedwferenpppi也diftHClconcentrations盐酸浓度比表面积孔容孔培^p样品-2']-lmol/Lm.m?nmgg-P50--0.033M48h40.0339430.985.8P50-0M--.1848h40.189251.025.8P50---.5M408h40.58871.0964.P50---1.5M44化1.58951.337.93..33晶化时间的影响---I._P50018M72h4-〇占P-0M--I%.1848h4P50---I0.18M24h4■■■I.tt■12345。2e()3图.5不同晶化时间合成的PMO的XRD图谱Fi-.3.5XradiffractionaernsofgyPMOsamlwpttpesreared化di瓶rencrsazaontmepptytllitii图3.5为不同晶化时间合成的PMO的小角XRD图谱,从图中可W看出兰个样品在°。2<=。目1处都出现了高强度的衍射峰,且在201.4、1.6处的两个弱衍射峰也清晰可见,H个样品衍射峰的峰位置和峰强度也基本一致,H个样品都是规整度很好的介孔结构,且彼此之间相差不大。W上结果表明,晶化时间对介孔PMO材料的规整程度影响不大,当晶化时间达到24h一W后,PMO基本己形成规整的介孔结构,再进步延长晶化时间,PMO一材料的结构不会再发生较大变化-,这点与无机介孔分子筛SBA15合成的研究较一致-为,这主要是因为PMO和SBA15都是W王嵌段共聚物P123为模板剂,在酸性条,通过自组装合成的孔壁较厚的介孔材料件下,因此它们的结构形成之后是比较稳定的,它们的稳定性高于薄壁型介孔分子筛。 华东理工大学硕±学位论文第25页"1[a()脚"-6。。^一I/7s----MP500.18M72h4y^■300-,---^扣1P500.l8M72h4心 ̄H‘‘一*A-AA--A——A-户0_AAA▲…0之w:吉;6…-^II;H--化-P500.18M44I\300-S^1?---P500.18M4化4<’<>.?、-.—?#■■.#-?-?■#?-。U0-E—…目■I-I>600-^■-50-0-2P5.18MA^|亡j一"'一P-0--50.18M24H4I\?■■■>■■?■..-■■■—■■—0."■■■〇〇l〇〇l〇0.40.60.81.010.00.20eRelativePressureP/PRlativePressure(P/P)(^)^36PMO的N-a)b)2吸附脱附曲线(及孔径分布圍(图.不同晶化时间合成的Fi.3.6N2adsortion-desortionisotiierms(a)andPo化sizedistributions(b)ofPMOsamplespreparedgppwerencrs1:allizationtimei化出fftyPMO的N-(a)及孔径分布图化)。图3.6为不同晶化时间合成的2吸附脱附曲线IV-HI型从图中可W看到H个样品都具有典型的第类吸附脱附等温线,并形成了典型的一=?S个样品都具有均回滞环,吸附曲线在p/p〇〇.70.8处有明显的飞跃,说明圆柱形介一一孔孔道结果,H个样品的孔径分布都很窄,且基本致。,在孔径分布图中也表明了这一2他PMO的介孔结构基本形成,晶化时间的进步改变对说明当晶化时间达到W后,一一3PM0的孔道结构影响不大结果也进步证实了XRD的表征结果。表.5为不同,这PM0可W看出S个样品的比表面积、孔容、孔径基晶化时间合成的材料的物性数据,PMO。本相差不大,说明晶化时间对介孔材料的结构影响不大35PMO表.不同晶化时间合成的的物性数据Table3.5StructuralarametersofPMOsamplesrearedwithdifferentcrystallizationtimeppp晶化时间比表面积孔容孔径样品-]-]1im?m?nmhgg-1.025P50--24h424949.80.18M25.8--91.025P50-0.18M48h448P50-0M-72h4〇65.9.1872£j^ 第2日页工大华东理学硕:t学位论文3.34.无机盐的影响-LP50-0--L.18M48h6■---P500.f18M48h4^'---LP5Q0.418M8h2^50---P0.18M48h0I■t.I■I■12345°20()困3.7不同盐含量下合成的PMO的XRD图谱F-.7i3.XradiffractonatternfgyisoPMOsamlesrearedwppi化derenNppifftaCl/Siratios图3.7为溶液中添加了不同量的NaCl后合成的PMO材料的小角XRD图谱。从图--P500---中可.---!^看到样品18M48h2、P5〇01-.8M48h4和P5〇0.18M48h6的兰个衍射峰-都很清晰--,强度很高,其中样品P500.18M48h4的衍射峰最为尖锐--,而样品P50018M.一4化-0只有个强度很弱且较宽的衍射峰N--,说明有无机盐aCl加入的样品P50018.M_---48h2、P5〇0---=.18M48h4和P5〇0.18M48h6都具有规整的介孔孔道,其中NaCl/Si4的-样品P500--.18M48h4的有--序度最化而没有NaCl加入的样品P500-.18M4她0不具有规整的介孔孔道一。这结果表明,无机盐NaCl对于提升介孔PMO材料的有序度和规整性有十分重要的作用口6]。Guo等在酸性条件下,WF127为模板剂合成立方相的PMO材料时,也发现加入无机盐硫酸钟作为添加剂PMO,有助于介孔材料孔道结构有序度的提升。这主要是因为无机盐可!^降低模板剂pm和F127中EO基团的亲水性,增加PO基团的疏水性,提高模板剂的聚合程度,进而增强娃物种和模板剂的相互作用,提高介838788孔分子筛的有序度和规整度[’’L 华东理工大学硕:t学位论文第27页10|ba()(.),000>---P5〇〇18M48h6---^P500.18M48h6■???-'—■??????????0010誦:-II5八。500----P5〇〇.18M48h4巨50-0--号jP.18M48h4—口■——A.a.aaA-A>A—▲▲▲..*/P00Si11000-I..5-I§^八5。。-P50---I式WP500.18M48h2…。長:-1000yZy-500\s〇-〇--jp.18M48h0■■'■乂■—■■■-?"■■、?^。1〇〇〇010l〇〇0.60.81.0.00.20.4PoreiaeterADm()RelatPressureP/Pive()^38PMO的N附-脱附曲线(a)及孔径分布图(b)图.不同盐含量下成的2吸山T-PMOsames-?szeionsbofilio打so化ermsaand〇化idistrib)pFig.3.8N2adsorptondesorptii()(NaClSratiosrearedwi化differentdifferent/ippNaC-a)l后合成的PMO的化吸附脱附曲线(及图3.8为溶液中添加了不同量的--------018M48h4P500P5〇〇1M4h2、P50.18Mb.、孔径分布图()。从图中可W看到样品.88-HI型--I48h4的N附脱附曲线具有典型的第V类吸附脱附等温线,并形成了典型的2吸--P50-01M-48h0脱附曲线己经不再是典型的H1型回滞环,回滞环.8的N2吸附,而样品P5〇-01-48h-0M,有无机盐的加入.8的有序度很差,样品同时具有拟型回滞环,说明没------P50-0--01M48h4P5001M48h4在孔径分布图中也可W看到样品.18M48h2、P50.8、.8----一50018M48h2P50---。PP500.为均的介孔.18M48h0还有大孔的存在同时样品和,而0-48h-6,这两个样品介孔结构.18M的吸附和脱附曲线在高的相对压力时没有完全闭合一=M-定程度的下降NaCl/Si4时,合成的P5(M).18的有序度和规整度也存在,当溶液中。.6为48h-4的有序度和规整度最好。W上的结果与XRD的结果也是相吻合的表3不同无机盐含量下合成的PMO材料的物性数据,从表中可看到,随着NaCl添加量的增力,PMO、孔容W及孔径,都在逐渐减小,这主要是因为NaCl口合成的样品的比表面积的加入提高了模板剂P123的聚合程度,也提高了桂物种的缩合程度,而当NaCl的加入=。N=4提高到NaCO样品的比表面积和孔径己经基本变化不大量从aCl/Sil/Si6时,PM 第28页华东理王大学硕±学位论文36PMO表.不同盐含量下合成的的物性数据Table3.6StructuralarametersofPMOsamlesrearedwithdfferenNa/iosppppitClSirat-2-i3im?m?m打ggP50-01--1.8M48h000441.777.9P50-0--22.18M48h9761.156.5P-0--50.18M48h449251.0258.---P500.18M48h668870.975.93.3.5PMO样品的形貌圓圓dn;f沛&过gMB——M—■39SBA-1PPSE图.5fMO样品的M图ab-c-M--(():SBA15d:P500.1848h4);()),,(F-MO.3.9巧ofA15ligSEMimagS目andPsampesaBA-15c---b:P5.18M48h(:Sd004),);,((())-M图---图3.9为SBA15和PMO样品的犯可看到合成的样品P500.18M4她4,SBA-150为SBA-15具有与类似的麦穗状形貌。图3.1和PMO样品的TEM图,可切看 华东理王大学硕±学位论文第29页一-0M---到P50.1848h4具有和犯A15类似的规整的介孔孔道。SEM和TEM图进步表明了通过适当地调节合成条件,可W得到孔道规整有序的介孔PMO。.禮福.副麵3-图.10SBA15和PMO样品的TEM图aSBA-15b---:P500.18M48h4():;()-MOsamF.1TEMesBA15anesig3.0imagofSdPpl----aSBA15b.:P50018M48h4:();()3.4本章小结本章通过水热合成法制备了介孔PMO材料,主要采用小角XRD衍射W及低温N2物理吸附的方法系统地考察了珪模比、晶化时间W及无机盐添加剂NaCl对、溶液酸度PMO材料晶体结构和织构性能的影响,确定了有序度和规整度良好的PMO的制备条件,最后通过SEM和TEM的表征手段观察了合成的PMO材料的形貌。本章得到的主要结论如下;1)PMO-15-5(的合成与SBA存在较大的差异,珪。在SBA1的合成过程中模比、aCA-5盐酸浓度W及无机盐Nl的添加主要影响SB1分子筛的比表面积和孔径大小,而SBA-对15分子筛的有序度和规整程度影响较小。然而,在PMO的合成过程中,桂模比、盐酸浓度W及无机盐NaCl的添加量不单单对PMO材料的比表面和孔径有影响,它们对PMO材料的有序度和规整度同样有着显著的影响。(2)通过适当控制合成条件,可W得到有序度和规整度良好的麦穗状的PMO,其一的介孔孔道具有大的比表面积和均。?(3)介孔PMO材料水热合成的适宜条件为:赶模比5075(摩尔比),盐酸浓度0N=/48hNaCl的Cl/Si4.18molL,a(,晶化时间无机盐添加量摩尔比)。 第30页华东理工大学硕±学位论文第4章四配位Ti惨杂有机杂化介孔分子筛的制备4.1前言铁娃分子筛催化剂TS-1,由于其结构有序、镜分散度高,可高效催化有机物的氧化9?,992[[]过程,己,如苯酪哲他气締控环氧化峭丽肪化等成为重要的工业催化剂。但由TS-于1为微孔分子筛,催化氧化较大分子反应效果不佳,而大分子催化氧化反应是精一细化工和制药行业的中也反应么。具有催化氧化功能的介孔紋珪材料由于其介孔结构宜于反应物分子接触孔道内部的活性位-1,在大分子氧化反应中显示出TS所无法比拟1S16[A][]〇)1T-MCM-的优越性能。i41的,因此成为近年来研究热点例如,1113等报道了合成及其催化环己稀环氧化获得了94%的叔下基过氧化氮转化率和99%的环氧化物选I7][2S-择性。Xiao等在200年合成了介孔铁娃分子筛MT9,并用于苯献、王甲基苯齡的,均取得了良好的催化活性和选择性哲基化W及苯乙蹄的环氧化反应中。-在分子筛合成化学的研巧中无机杂化介孔分子筛PMO,将有,新型的桥键型有机机基团杂化均布于分子筛骨架中,可保留介孔分子筛的机械性能和结构稳定性,并能显一著提高介孔分子筛的疏水性和水热稳定性,进步改善材料的物化性能和有机反应催化tM’Waaoor等-性能K将T,pi物种渗杂进M41S型的PMO中并应用于薇婦和丙蹄PMO由-的环氧化反应,发现于疏水性优于MCM41,在很大程度上提高了氧化剂的利用效率和产物的选择性eero-15。Ml等报道了Ti接杂有机杂化的SBA的合成,并在-1辛帰的环氧化反应中考察了其催化活性,结果发现随着分子筛骨架中疏水基团含量的,反应的TOF数逐渐增高提升。目前研究一致认为骨架内的四配位Ti是锭珪分子筛催化剂优良的催化氧化性能的T--活性中私,四配位i物种有利于断裂氧化剂中的00键,形成的TiOOH中间物种对产生氧化性能至关重要而骨架外Ti物种的生成不仅不利于氧化反应目标产物的生US’W成,甚至可能导致氧化剂的无效分解。稳定的有机无机杂化介孔分子筛骨架中惨杂一引入钦原子,是个热力学上不利的过程。既要保证有机无机杂化分子筛本身的合成,Ti原-,因此其制备工艺需要严格控制TiPMO的又要使子进入分子筛的骨架。目前关于合成和应用的研究报道较少一,对Ti渗杂机理了解不足,特别是在酸性条件下采用步SBA-15-PMO型的T,法直接水热合成i由于不同桥键型有机基团的有机娃源及不同钦源的水解速度均差异较大,导致Ti难W进入有机杂化介孔分子筛的骨架形成活性四配位Ti物种。本章通过系统考察锭源种类、反应体系酸性、钦源预水解时间和铁桂比等制备工艺-PMO的晶体结条件对于合成T,成功制备了四配位i构、织构性能及Ti存在形式的影响Ti渗杂的有机杂化介孔分子筛,并对水热合成过程中四配位Ti惨杂的机理进行了探讨,可为铁娃分子筛类催化剂的制备提供基础知识和有益的借鉴。 华东理工大学硕±学位论文第31巧4.2实验部分4.2.1实验药品表4.1主要试剂Tablei4.1Reagentsusednexperiment药品名称mrm=-H嵌段共聚物P123(E〇2〇P〇7〇E〇2〇,M5800)分析纯SigmaAldrich公司-二兰己氧基甲桂院基-12乙抗BTEE96%SimaAldrich公司,()g盐酸HCl分析纯上海凌峰化学试剂有限公司氯化钢NaCl分析纯上海凌峰化学试剂有限公司钦酸四了醋TBOT化学纯上海凌峰化学试剂有限公司二氯二茂铁CkTiCpz99%国药集团化学试剂有限公司H氯化钦稀盐酸溶液TiCb分析纯国药集团化学试剂有限公司甲醇分析纯国药集团化学试剂有限公司二氧化钦P2599.5%EvonikDeussa公司g4.2.2材料制备4-表.2不同TiPMO样品的合成工艺条件-TablenditionsforT4.2Synth^iscoiPMOrerationppaSi/Ti钦源预水解盐酸浓度T-iPMO样品简称钦源(摩尔比)时间hmol/L-TB-Oh0M-50.18TBOT5000.18TT-0h-0-.18M50TiCl]50008.1--TD-05050000h.18MChTiCp;.18-3h--TD0.18M50CkTiCp;5030.18--TD-6h0M.1850ChTiCps5060.18TD--0-.50C50909h18MhTiCpa.18TD-化--50CbT500.0巧MiCp260.033TD--0-6h.5M50CkTiCp;5060.5TD---6h1.5M500抓邱25061.5---TD6h0.18M1000抓210060邱.18TD-6h-0-.18M20CkTiCps2060.18---TD6h0.18M10CkTiCp]1060.18 ̄-Ti惨杂的有机杂化介孔分子筛(TiPMO)的制备:不同样品的简称及其工艺条件如表4---123.2所示,W下给出样品TD6h0.18M50的制备过程作为示例:称取0.9P溶于g32mL0.18mol/L的HCI溶液中,加入1.89gNaCl,揽拌约化,使模板剂P123完全溶’入解。加热至40C,加入钦源化04gCl2TiCp2,揽拌预水解6h后,滴加1.43gBTEE, 第32页华东理工大学硕±学位论文’C恒媪揽拌24h。将混合液转入50mL水热塞中,于100下晶化48h。待冷却至室温’化后,过滤,洗涂,而后在lOOC烘箱中干燥。模板剂的去除;采用萃取的方法去除模板剂,将〇.7g固体样品与200ml酸化甲醇(甲醇与浓盐酸的体积比为100:3)混合,进行索巧抽提两次,每次2化,然后经过滤、’洗涂,在100C烘箱中干燥12h。4.2.3材料表征-PMO-脱附本章Ti材料的表征主要有低温化吸附、小角XRD衍射、透射电镜-(TEM)、-可见吸收光谱(UVVis)、ICP)紫外电感賴合等离子发射光谱(,其中低温化-D衍射TEM)吸附脱附、小角XR、透射电镜(的表征条件和PMO的表征条件相同(见-3:.2.3节),UVVk和ICP的分析条件如下-erk-用美国PinElmer公司的Lambda35型紫夕h可见吸收光谱(UVVis)仪测定样品’-C-吸收峰的变化,扫描波长200700nm,样品先经过550炫烧化后,再进行紫外可见光光谱测试。样品中Ti的质量分数用Agilent725ES型电感賴合等离子发射光谱仪(ICP)仪检测,测试之前先在CEMMars微波消解仪上进行前处理,微波消解条件:50mg固体样°品,lOmL浓硝酸,2mL氨氣酸,SOmiri升温至180C,保温20niin。4.3实验结果与诗论4-PMOT.3.1铁源种类对Ti的结构及i存在形式的影响---ITD0.一加18M5050—四斬I含ITB-0h-0-.18M506P50-0--.18M48h4V—...IIII1234520〇-PMO图4*1不同钦源合成的Tl的小角XRD图F--eiig.4.1Xray(iiffractio打atternsofTiPMOsamplsrearedwithdiferettTirecursorspppp 华东理工大学硕±学位论文第33页--M----图4.1给出了PMO样品(P500.1848h4)W及分别WTBOTTB0h0150.8M,()TiCl--01-50ChTiCTD---50Ti-PMORD3(TT0h.8M巧日p20h0.18M为铁源的小角X图。()的谱°°。20<=从图中可W看到所有样品在1处均出现了高强度的衍射峰,同时在2目1.4、1.6可W观测到两个弱衍射峰,分别对应于二维六方晶相(100),O10)和(200)晶面,与一82[]SBA-5MO相比-PMO1分子筛的谱图特征相致。与P,不同镜源合成的Ti衍射峰强度并无减弱,说明Ti渗杂后介孔分子筛的介孔有序度仍然很高,Ti原子的引入并没有对PMO材料的介孔结构造成破坏。"00化I1I1ab)()(s_5。。----TD0h0.18M50^八TD善-(U8M50/\?>?0.若__??????<?八??010^-1000’W商,A"-〇h--TT〇'18M50\省5。。-|’/旨---.昔/\TT011018M50A?<若.巨0-一????-▲—00_〇查1"0-1000p■〇?^5----ATB0h0.18M5。;!5。。I3TB--0-,Oh.18M50I\0?>???????■0-?>100-1000a.---AP500.18M48h4巧日---P500.18M48h4/I0.00.2日.40.60.81.0101001000RelativePressureP/P()PoreDiameter(A)g图42化PMO的斯-a.不同钦源合成的吸附脱附曲线()巧孔径分布图(b〉Fig2adsort打-detiso化ermsandPoesi之etnofT-PMO.4.N2piosorponia)rdistribuiosb)isamles((prearedwifferenTrecursorsppithdtip酵闕43TD-0h--图(8M50TEM.样品U的图FesofTD-0h-0-.4.3TEMm.18Migiag50 第34页华东理工大学硕±学位论文图4.2是PMOW及不同铁源合成的化PMO的化吸附-脱附曲线及孔径分布图。可一W看出它们都是典型的第IV类吸附-脱附等温线,并形成个H1型滞后环,吸附曲线在=?一p/〇0.70.8处有明显的飞跃[82]p,这是具有均孔道的介孔分子筛的典型毛细吸附现象。在孔径分布图中一,也可W看到它们的孔径分布都比较均4.3,表给出了PMOW及不同饮源合成Ti-PMO的物性数据可看出,,所有样品的比表面积和孔容都比较接近,T-PMO样i品的孔径略低于PMO样品,W上结果表明Ti原,子的引入并未明显改变PMO--材料的织构性能。图43TDM_.给出了Oh化185〇的TEM图,也证实了上述的结果,可W看出其孔道高度有序一。,分布均4-表.3不同钦源合成的TiPMO的物性数据了able4.3StructuralparametersofTi-PMOsamplesrearedwithdifferentTirecursorsppp比表面积孔容孔径Ti含量化样n品铁源-?i]-im?nmgg%P50---0-.18M48h49251-.025.8TB--0M-0h.1850TBOT8卵0.97531.43.TT-0h-OM-.150T8i9541吼.09542..15--TD0hO-.18M5OClJiC巧9431.025.507.0\?,---/VTD0hQ.18M50,__这--TT0h-0.18M50---TB0h0.18M50200300400500600700Wavelengthnm()44-图-.不同钦源合成的TPMOi样品的紫外可见漫反射图4-^Fig.4-.DiffusereflectanceUVvissectraofTipPMOsamesreiplpaiedwrtidifferentTpirecursorsp紫外-可见漫反射图谱是表征含饮分子筛中Ti物种配位状态的有效手段,骨架内的四配位Ti会在220nm左右产生特征的紫外吸收,它是与Ti配位的骨架氧原子上却轨 华东理王大学硕±学位论文第35页、道电子跃迁到中屯Ti原子3d空轨道上时所产生的,是骨架四配位Ti物种存在的证据9口,-PMOW及粉末T巧25)的紫外巧见漫反射气图4.4给出了不同铁源合成的Tii〇2-----0h0--图谱。可W看到.18M0.,TB50和TTOh18M50的紫外吸收峰是从220W0nm之间的包峰,类似于纯Ti〇2的峰,送表明WTBOT和TiCb为铁源时,Ti主要存在状态是is一[]。而(:121祀2为钦源,在230nm出个明显的吸收峰,表明骨架外的Ti〇21^9时现了Ti进入了PMO的骨躲其主要存在形态为骨架内的四配位Ti。这主要是因为Cl2TiCp2中茂环的存在降低了Ti源的水解和缩聚形成Ti〇2的速度,Ti源水解产生的低聚中间体与Si源水解产生的低聚中间体发生缩聚,从而进入珪氧化物并在模板剂胶束表面自组的存在也会对钦物种和珪物种生成的T--iOSi起装成介孔孔壁结构;同时,茂环到保护。TBOT和T的作用,减少其在酸性条件下的水解破坏而iCb的水解速度太快,远远快于珪源水解的速度,因此铁源水解的低聚中间体在插源水解低聚中间体生成之前就直接一4P--自缩聚并进步生成了Ti〇2elero唯TiSBA15,nM等的合成中也得到了类似的结果A-15T-发现CbTi邱2为钦源合成的化SB中i最终进入SBA15分子筛骨架的量要远------。5050大于TiCb为铁源时然而,在表4.3中看到样品TB0h0.18M和TT0h0.18M中T---i的含量要远远高于TB0h0.18M50,其主要原因是钦源TBOT和TiCl3水解缩合很快,加入溶液之后就很快生成了Ti〇2,并附着在最后得到的固体样品上。432-PMO的T..铁源预水解时间对Ti结构及i存在形式的影响TD-9h--\0.18M50色.---TD加0.18M501[L舊t---J\TD3h0.18M50---TDOh0.18M5012345。2白()4-PMORD困.5ChTiCpz预水解不同时间合成的Ti的小角X图-F-mesidifficiTirearedadferenTiCressg.4.5Xrayrato打aternsofPMOsamplestiftCl22hdrolyitipppppy图4-PMO的小角XRD图谱。从小角.5给出了CkTiCp2预水解不同时间合成的Ti 第:36页华东理工大学硕±学位论文-0h-1M-50、TD--0M----谱可看出化.150、TD.1XRD图,样品TD0.88化08M50的衍射-9h-0M-峰强度都比较高.150,而样品TD8的衍射峰强度思著降低,这表明Cl2TiCp2经-PMO仍然保持着二维六方晶相,过0到6小时预水解制备得到的Ti,介孔结构保持完好而预水解时间超过兜之后-PMO的,Ti介孔有序性急剧下降。9。。^[^--TD9h0.1tA300---TD9h0.I8M50/\I\010900-旨600.-含胃5A'"---TD6h0l2.18M50B\30日g_公/\TD-6h-0-一.18M50心一山4▲一一一一0:—_1麵iSS900-3-S>?600-S<5-l\---^TD3h0.18M50呈\-300—---J^TD3h0.18M50/\->??????????一^—''?30参參##^010900-*---TD0h0.18M50[\300一TD--0-Oh.18M50/\■0-?—■■■■■—0.00.20.40.60.81.0101001000RelativePressure(P/P)PoreDiameterA^()46T-PMO-a图.ChTi邱2预水解不同时间合成的i的N2吸附脱附曲线()和孔径分布图(b)--Fig4.6N2adsorptiondesorptionisothermsaandPoresizedistributio打sbofTiPMOsamles()()ppreparedatdifferentCl2TiCp2rehydrolysistimesp,R£14---图.7TD9h0.18M50TEM图样品的Fma--M-i.4.7TEMi口of9h0.I850ggTD-PMO-图4.6为CbTi邱2预水解不同时间合成的Ti的化吸附脱附曲线和孔径分布TD-0h-0--------图。可.18M50、TD3h01M50TD18M50.8、6h0.的化W看到样品吸附脱附-1D-如-018M50-曲线都保持着典型的H型滞后环,而T.的N2吸附脱附曲线在较高的相 华东理王大学硕壬学位论文第37巧一---对压力时仍没有重合9h0.18M50不再是,说明TD单形状的化道,孔道结构发生变7G83一[’]-TD-9h0-TEM化或者产生了裂缝.18M50.7)也证实了这结果,的国片(图4,一---她0.18M50的孔道受到了定的破坏可W看到TD,规整度较差,在孔径分布图中,一----------也可.1、3h.8、T6h.50W看到样品TD0h08M50TD01M50D018M孔径均,而TD一--9h化18M50不再是均的介孔。表4.4中给出了CkTiCp2预水解不同时间合成的化PMO的物性CliCTi-数据,随着2Tp2预水解时间的増加,合成的PMO的比表面积和孔容略有降低,而孔径基本未变。4-表.4ChTiCpi预水解不同时间合成的TiPMO的物性费妮ab-Tle4.4StructuralarametersofTiPMOsamlesrearedatdifferentCl2TiC2rehdrolsistimesppppppyyCkTiCpa预水解时间比表面积孔容孔径Ti含量样品,2--,13?1hmgnignm%---TD0h0.185009431.M.025.5007TD-3h-0-.18M5039110.985.40.09---8TD0.18506930.945.1茄M.503TD-9h-0-.18M5098850.965.60.09---TD如0./v18M50_/8-6h-0-TD.18M5Ql—^==o茗A"V/---TD31.1018M50J---TD0h0.18M50/v[_■■..I.III200300400500600700Wavelength(nm)4Ti-PMO-困.8ChTiCpi水解不同时闻合成的样晶的装外可见免反射图ifl--Fg4.8Diffusereecta打ceUVvissectraofTiPMOsamlesrearedatdiffers打tC]2TiC2pppppprehydrolysistimes--V图4.8为Cl2TiCp2预水解不同时间制备的TiPMO的UVis图谱。可W看到各个样--------30mnTD0h0-品的主要吸收峰都在2.18M50TD3h0.18M50TD她0.18M50,其中、、 第%页华东理工大学硕±学位论文230nm的300-除了吸收峰外,在330nm也可W明显看到不同程度的吸收,该处的吸收1895,1[峰是锭源水解中间体聚集晶化后产生的Ti〇2的吸收峰。这表明随着CkTiCp2预水解时间的増加,更多的Ti进入了PMO的骨架,而当Cl2TiCp2预水解时间过长之后,样品中又产生了部分骨架外化因此控制合适的Cl2TiCp2的预水解时间,可W使邱TiCp2的水解过程和珪源的水解过程相匹配.,从而使Ti容易进入PMO的骨架。从表44中,T-可W看到Cl2TiCp2随着预水解时间的増加,iPMO样品中Ti的含量先逐渐升高,而后又开始降低,她的时候泣到最大,表明Cl2TiCp2预水解化时,铁源和珪源的水解过程最为匹配,进入PMO骨架的Ti的量最多。43-.3.溶液酸度对TiPMO的结构及Ti存在形式的影响-6h--^TD1.5M50.-化-0-嘗TD.5M50^BTD-化-08M-.150[--LTD6h0.033M-502351420〇4-国.9不同酸度下合成的TiPMO的小角XRD图--Fi.Teg.49Xray出ffractionatternsofiPMOsamlsreparedwith出ferentHC1concentrationsppp--图4.9给出了不同酸度条件下合成的TiPMO的小角XRD图。从图中可W看到TD------6h-0-.033M50和TD6h0.18M50的衍射峰峰型尖锐,强度较高,而TD6h0.5M50和°°-=TD--6h1.550014、.6M的衍射峰强度相比显著减弱,2.1的衍射峰则难W观察到。这表明在较低酸度时合成的T-PMO-i的介孔有序性较好,而在较高酸度时合成得到的TiPMO的有一一致的序性较差,这结果与之前讨论的溶液酸度对PMO规整性的影响是。T-N-图4.10为不同酸度条件下合成的iPMO的2吸附脱附曲线和孔径分布图。从图--中也可W看到.5mol/LPMO材斜的化,合成时盐酸浓度低于〇时得到的Ti吸附脱附曲一线比较类似-5,具有典型的SBA1型分子筛的H1型回滞环,孔道为均的介孔,而盐----酸浓度为1.5mol/L时得到的样品TD6h1.5M50,其N2吸附脱附曲线己不再是H1型 华东理工大学硕±学位论文第39页H一3型回滞环回滞环,同时具有,有序介孔孔道己经被破坏,不再是均的介孔,产生一TD-6h-5M-50EM41)了部分大孔。样品1.的S图(图.1也证实了这结果,可W看到T-其孔道大部分已被破坏.5iPMO的物性,有序性很差。表4给出了不同酸度下合成的酸度下合成的T-iPMO的孔径和孔容也数据,可W看到各样品的比表面积差异不大,低比较接近,而在高酸度下合成的PMO的孔径和孔容都较大,且随着酸性的增加,孔径和孔容都有增大趋势,送是由于PMO的介孔孔道己经被破坏,产生了部分大孔的缘故。10.J-1000ab(())!\TD-6h-1.5M-50——'-0010-^1000W一夢一六---TD6h0.5M*星---^\TD6h0'5M50//AaaaAi‘-CAAAAAAA.A--_‘—A_0.AAa立100^-1000^I<.?一5g、^°°-已--M-TD6h0.1850TD--0-巧I6h'18M/\)■>010000-1----D(5h0.0:33M:50TD-6h-0-^八.033M500.00.20.40.60.81.0101001000RelativePressure(P/Pg)PoreDiameter(A)T--4ib图.10不同酸度下合成的PMO的风吸附脱附曲线(a)和孔径分布图()--F.410sorsortiono化ermsaandPoresesrut打sofTPMOsamesig.Niadptiondepis)izditibio(bipl()rearedwiiffere打tHCtpp化dlconce打化aionsmm411TD-6h-1M-50TEM图.样品.5的图-化--F.a.50ig411TEMimesofTD15Mg一-,溶液酸度对TPMOPMO的影响是致的,因此i和,在介孔材料的规整性方面 第4〇页华东理王大学硕±学位论文即低酸度有利于有序度良好的介孔PMO和Ti-PMO的形成,高酸度下难W得到规整的0介孔PMO和T-PM化值得口i注意的是,Mdero等祠样考察了盐酸浓度对于得到的T-iPMO材料的织构性能-,发现当盐酸浓度为〇.5mol/L时合成的TiPMO具有蠕虫状的孔道,有序度和规整度也较差。而我们的研究表明在盐酸浓度为〇.5mol化时合成的样品规整度仍然很好,产生这样的差异的原因是我们在合成过程中加入了无机盐NaCl,提高了口388模板剂的聚合程度,],进而提高了介孔分子筛的有序度和规整度,因此这里也再次证明了无机盐具有提升介孔PMO材料孔道结构有序度的作用。4-表.5不同酸度下合成的TPMOi的物性数据Tab45S-le.tructuralarame化rsofTPMO化isamlesrea化dwppppidifferentHCconce1ntrationsHCl浓度比表面积孔容孔径Ti含量祥品]-i?3-mo?il/Lmmggnm%-6h--TD0.0巧M500.0339091.015.81.27-TD-0-6h.18M500.18893450.9.50.13TD-6h-0-.5M500.59261.075.90.05--TD6h1-.5M5015879.1.277.40.03了D---6h.5015M---TD6h0.5M50/--TD6hQ-.18M50---\TD6hQ.033M50200300400500600700Wavelenthnmg()412-图.不同酸度下合成的化PMO样品的紫外可见漫反射图4化-.12v-巧3.DifiireflectanceUVsecaTi巧trofiPMOsamesiplrearedw出出fferentHCppICO打ccnrao打ttis--图4.12给出了不同酸度下合成的TiPMO的UVVis图谱。从图中可W看到-,TD--6h0(50---.mM和TD6h1.5M50的谱图都是类似于纯Ti〇T2的包峰,i的主要存在形式 "页华东理工大学硕±学位论文第---230nmTD0M50,Ti的主要存在形式是骨为骨架外的i〇2而T6h.18的吸收峰集中在;-330nmTD-6h--230nm有主要吸收峰外,在300也有明Ti0.5M50除了在架内的四配位;显的吸收,其除了骨架内的四配位Ti,还有少量的骨架外Ti生成。这表明随着合成体,在化33mL增加到1.5mol化MO的骨架内四配位的Ti含量先增加系盐酸浓度从ol/,P,PMO骨架。这。都不利于n进入化18mol/L时达最高,然后又减少酸性过高或过低T一BTEE的水解则有是因为盐酸对铁源Cl2iCp2的水解缩聚有定的抑制作用,而对旌源着促进作用,因此,过高或过低的酸性都会造成Cl2TiCp2和BTEE水解速率的不匹配,Ti也就难W进入PMO的骨架。在表4.5中,可W看到随着盐酸浓度的增加,样品中Ti,因此当盐酸浓度增加的含量逐渐减少,这是因为盐酸对于锭源的水解缩合有抑制作用时-PMO的反应溶液中转移到化PMO固巧上的Ti的量(包括骨架内W及骨,从合成Ti架外的Ti)将会减少。T-PMO的结构及Ti存在形式的影响4.4i.3Si/Ti比对---MTD化0.^1810A?---TD6h0.18M20PtuI.■■I■1I4512320〇T-PMO的小角XRD图图4.口不同i含量合成的TiTi-PMOme-othermsbofanN2asorsal-iondesortionispFinaternsaddt.4.13radffractiot)pp()igXyp(wi化Ticon化ntS-PMO的小角XRD图。从图图43i/Ti比(摩尔比)合成的Ti.1给出了配料中不同------D01M20,---TD018M50、T6hTD08M100、6h.8的衍射峰强度较高6h..1中可W看到,。。TD-6h--。=0.18M10的衍射峰强度大大降低这201、1.6,而在.4的衍射峰也清晰可见T-PMO有序度较高Ti的引入对PMO的结构影响表明当铁源的引入量不是很高时,i,T-iPMO的有IPMO的结构造成明畳的破坏,使不大,贝J会对,但当铁源加入量过多时 第42页华东理王大学硕±学位论文--6h-0序度大幅度降低。在TD.:18M10的TEM图片4.15),其孔道结(图中也可看到9697t,3较差--15。在TiSBA的合成研究中也有类似的结果,随着镜源加入构模糊,有序度量的增加--,TiSBA15的结晶度和有序度逐渐降低,运是因为铁进入到分子筛的骨架中,导致原有的骨架结构发生变化,规整性降低,当进入到骨架中铁含量过多时,则会使介。孔分子筛的骨架结构变得松散,甚至部分巧塌1〇1f1a(600.丄脚-6h--TD0.18M10A300■—--\TD-6h0^/.18M10010-dH600■A-—"---/^^TD6H0.1SM20K,;g"3加^一/\TD-6h-0-I昔.18M20-AAMAAMXV--AAA--_—y.G0AAAAA▲之0510So--g600^><^5.-3加-含I了§TD-6h-0-/\.18M50????——-§????—k50??六100600-一5---■TD6h0.300—---/\TD6h0.18M1000.00.20.40.60.81.0101001000RelativeressureP/PamePPoreDiterA()()^T-4i化PMON图.14不同含量的2吸附脱附曲线(a)和孔径分布困(b)-山-F.4.14Nadsortiondesortio打srmsaandPoresizeisionsTPMOaleswi化ig2ppio出edtribbofismp()()differentTicontent'—??,一B圓4---图.15样品TD6h(U8M10的TEM图--4-F.15maesofTD6h0.18M10igTEMig--图4.14为配料中不同Si/Ti比(摩尔比)合成的TTiPMO的N2吸附脱附曲线和孔STi比合成的Ti-PMON-径分布图,从中可看到,不同i/材料的2吸附脱附曲线比较接 华东理王大学硕±学位论文第43页.6给出了它们的物性数据近,孔径分布也相差不大,表4,各个样品的比表面积、孔容、-PMO材料织构性能。孔径均相差不大,说明不同Si/Ti比下合成的Ti,差别不大表4-PMO.6不同酸度下合成的Ti的物性数据T4-able.6StructuralparametersofTiPMOsamlesreparedwithdifferentHClconcentrationpp比表面积孔容孔径Ti含量样品Si/Ti-213??nmmm%g---TD01..化.8M100100815090570.05---TD6h0.18M50508930...9455013TD-化-08M-20829088560.15.120..-TD-6h0-1.18M1008120.875.72.21---s图4.16给出了不同SPMO的UVVi图谱。从图谱中可W看到TDi/Ti比合成的Ti------50--6h0..18M100和TD6h0.18M的吸收峰都集中在230nm,TD6h018M20除了在230mn300-330-6h-0-.18M10有吸收峰外,在nm也有明显的吸收,TD的谱图是类似于纯Ti〇2的包峰。表明当钦源加入量较少时,Ti的主要存在形式是骨架内的四配位Ti,随着铁源加入量的增加,先是有更多的钦进入骨架内,而后骨架外Ti开始逐渐生成并积累,当铁源的加入量过多时,Ti的主要存在形式将不再是骨架巧的四配位化而是骨架外T-i。在表4.6中,虽然随着Si/Ti比的降低,即随着铁源加入量的增加,TiPMO中Ti的含量在逐渐升高,但当Si/Ti大于20之后,更多的Ti将W骨架外Ti的形式积累。-6h-0-VTD.18MlQ/---§\TD細0.18M20B■%f---TD6h0.18M50TD-如-0-.18M100tIt.■.I.■200300400500600700Wavelenthnmg()4--困.16不同Ti含量TiPMO样品的紫外可见涅反射国--FiiPMOtfTeng.4.16DiffusereflectanceUVvisspectraof了isamplesrearedwihdierenticonttpp 第44页华东理工大学硕±学位论文4.3.5四配位Ti惨杂机理探讨从不同工艺条件合成的T-PMOi晶体结构和织构性能[^及Ti存在形式的探讨可W发现,Ti难W进入PMO骨架的原因主要可W归结为银源和珪源水解过程及速率的匹配问题-PMO的合。在Ti成过程中,只有精确调控合成工艺条件,使镜源水解产生的低聚物中间体与珪源水解产生的低聚物中间体充分混合并发生共缩聚Ti,则原子能W四配位的形式进入PMO骨架。TitaniumSourceSilicaSource'IBOT了胤ClTi,3,s邱2BTEEhydrolyzationhydrolyzati加"'fOH…H0\卢OHcondensationcondentco-condensaionsation,’,r,'"〇/八〇l>、〇,义巧。/说呼V?换/\'〇〇/〇。^r1\!化00^^^°—〇srsi户\户\-S-^i0Si^0ndenco-condencosatio凸sationcondensatio打"WI。。。參#T-iPMOPMO4-图.nTPMOi合成过程中四配位Ti渗杂机理示意图F4i..17echangMismfor化eincororationofpTiinto化eoreW姐ofpPMO-图4.17给出了TiPMO合成过程中四配位Ti渗杂的机理,镜源和娃源先分别水解生成如图所示的til径基胶连的低聚银物种中间体W及W哲基胶连的低聚桂物种中间体,由于两种水解中间产物的结构类似,且Ti的配位环境与Si也类似,因此当两种水解中间产物在合成过程中密切接触时一,容易发生共缩聚,使得Ti取代部分Si原子,进步水解后的Ti接杂的中间珪氧化合物在模板剂作用下自组装生成有序结构的介孔分子筛孔壁,从而完成Ti原子对PM0的四配位接杂,并均布于PM0骨架内。 华东理工大学硕古学位论文第45页 ̄ ̄-比的诱导期珪源BTEE水解速率较为缓慢.5,经过约0才能看到溶液变为胶体状态。与之相比,TBOT和TiCb水解十分迅速,因此水解中间产物低聚钦物种存在时间千分短哲,所W若将TBOT或TiCl3与BTEE同时加入溶液,锭物种么间会很快发生自缩聚,向Ti〇2转变,此时BT邸水解的中间低聚物珪物种还几乎没有生成,因此Ti难W进入PMO骨架。而(:的12l2iC邱水解同样较为缓慢,同时由于茂环的存在,CTp2水解后生成的钦物种可W在溶液中存在较长的时间,从而可W实现水解低聚钦物种和珪物种的充分接触一T,并进步发生共缩聚,i能取代部分Si原子生成胶连的挂氧化合物,Ti也就更容易引入PMO的骨架。Cl2TiCp2和BTEE的水解过程的匹配也同样决定了引入的Ti原子的配位形式。合适的Cl2TiCp2预水解时间,可使水解低聚钦物种和珪物种的生成和缩聚过程更好地进行,从而使得Ti容易进入PMO的骨架,骨架外的Ti也将会更少。合成过程的盐酸浓度对于引入Ti的存在形态影响最为显著,这主要是因为盐酸对珪源BTEE水解具有促进作用,而对钦源邱TiCp2的水解却有抑制作化因此,过高或者过低的盐酸浓度,都将会--使珪源和铁源的水解过程不能很好的匹配,甚至相背离。由于Ti0键与SiO键长度不同,在介孔分子筛中大量引入Ti,势必会造成分子筛骨架的破坏,所W能够进入分子筛T一一骨架的i是有定限值的;另方面,当镜源CkTiCpz加入过量时,将会降低Cl2TiCp2的水解速率,从而也会使铁源和娃源的水解过程匹配程度下降,最终导致更多的Ti存在于PMO的骨架外。-MOI/TiPTiCCy,T-iPM0TB0T()200300400500600700Wavelenthnmg()-4-图.18调节水瓶辻捏后TiPMO的紫外可见液反射国--F.jseeancevssTiroordntsig4.18DifirflectUVipectraofPMOsamplesaftecinatighehydrolysiprocessTBOT和TiOb两种钦源水解速率较快,为了协调它们和珪源BT邸的水解过程,对合成过程可做W下调整:WTBOT为钦源时,因乙敵丙丽和TBOT反应后的产物的i8[TBOT]水解速度远远低于,因此,可W用己醜丙醜和TBOT反应后的产物作为钦的前驱体.5h,并等珪源BT班水解化化后再加入;WTiCb为锭源时,等娃源BTEE水解0T-PMOT后再加入TiCb。此时得到的两种i中i的主要存在形态也变为了骨架内的四配-i-巧Ornn处观察到吸收峰的存在位T,如國4.18的UVVis图谱所示,但仍可在300,说 工第46页华东理大学硕±学位论文T-明样品中仍有部分的骨架外i存在。远也证明了我们提出酸性溶液中直接合成TiPMO材料过程中Ti的渗杂机理,关键在于铁源水解的中间低聚物与珪源水解的中间低聚物能充分接触并发生共缩聚,从而将Ti原子引入珪氧化合物,并最终合成介孔材料。4.4本章小结本章在介孔PMO材輯合成的过程中,引入了铁源,使铁源和珪源共水解缩合,成T-X功地将i惨杂进入了PMO材料的骨架TiPMO,、透射,制备了利用小角射线衍射T--电镜W及低湿物理吸附等手段表征了iPMO的晶体结构和织构性能,并利用紫外可见漫发射光谱考察了钦源种类、铁源预水解时间、溶液酸性W及Si/Ti比对Ti存在形态的影响,进而对水热合成过程中四配位Ti的渗杂机理进行了探讨。本章得到的主要结论如下:T-(1)在iPMO合成过程中,铁源和珪源的水解速率和水解过程的良好匹配是铁原子四配位的形式能够进入PMO骨架得到Ti渗杂的有机无机介孔分子筛的关键。(2)T-iPMO合成过程中,铁源和珪源先分别水解生成W酱基胶连的低聚铁物种中间体和低聚珪物种中间体;当精确控制合成的工艺条件,使得两种水解中间产物可充分接触并发生共缩聚,则Ti可W取代部分Si原子,从而进入分子筛的骨架,完成Ti原子对PMO的四配位渗杂。(3)通过对铁源、锭源预水解时间、溶液酸性W及Si/Ti比等合成工艺条件进行精i确调控和选择,使钦源和珪源的水解过程相匹配,可W成功得到骨架内四配位T渗杂的高度有序介孔结构的有机杂化分子筛。 华东理工大学硕±学位论文第47页第5章化PMO材料的稳定性和催化性能5.1前言介孔分子筛的热稳定性尤其是水热稳定性是决定其应用领域的重要性能,特别是由一于石油化工领域的催化过程往往不可避免存在水蒸气,因此其水热稳定性将在定程度上限制其工业应用。对于PMO材料,有化基团的引入可W提高分子筛的疏水性,进而一提高分子筛的水热稳定性,同时有机基团还具有定的柔初性,可W提离分子筛的机械。在之前的工作中,稳定性,我们成功地将TiW四配位的形式引入了PMO的骨架中虽然通过精确控制合成的工艺条件-PMO材料具有规整的介孔结构,得到的Ti,然而由于T一i和Si原子的大小存在定的差异,因此Ti的惨杂有可能会降低PMO材料的稳定性一能-PMO,从而可能会对Ti在催化中的应用产生定的影响。在本章的工作中,我们先通过热重分析、高温水蒸气处理W及压力测试等方法考评T--了PMOW及iPMO材料的热稳定性、水热稳定性W及机械稳定性,而后将TiPMO材-。稱应用于氯两婦的环氧化反应,考评了TiPMO的催化巧能氯丙稀环氧化反应属于婦姪环氧化反应,其常用的催化剂为含钦的催化剂,骨架内、。为氧化剂的四配位Ti为其催化反应的活性中屯W甲醇为溶剂,WH202,氯丙帰环氧-5-1)所示52)、酸化化的主反应如(式,可能发生的副反应有环氧氯丙焼的水解(式98[5-5-](式3)W及过度氧化(式4)。氯丙婦环氧化的主反应:T-iPMO—CH=CHCHC?—1+H0HCCHCHCI+HO2222j22\/〇巧-5。氯丙婦环氧化可能发生的副反应:(1)环氧氯丙焼的水解T-iPMO—C—CHCHC?——HI+HOHCCHCHCI222j2\/I0IOHOH5-2巧)(2)环氧氯两焼的酸化T-iPMO—?HC—CH—CHC?H—I+CHOHCCHCHCI22322\/0IOHO畑3_巧53)-----2(3)过氧化氨氧化环氧氯丙挽生成3氯餐基1丙酸 第48页华东理工大学硕±学位论文T-iPMO————HC—CHCHCO?HOI+2HCCHCHCI+2HO2222220OH-4巧5)5.2稳定椎考评(1)热稳定性采用美国PerkinEhner公司的Pyris1TGA热重分析仪分别在氮气和空气气氛中进’行热重分析,测试湿度30到80(TC,升溫速率lOC/min。(2)水热稳定性----样品的水热处理:将优化工艺条件制备的TiPMO样品(TD6h0.18M50)置于内’径为7.5mm的石英管固定床反应器中,在惰性气氛保护下将反应器5C/min的升温速‘C后连n的100%水蒸---率升至600续通入50ml/mi气化,处理后的样品记为TD6h0.18M5O-HO20(3)机械稳定性-50---4----将SBA15样品、PMO样品(P0.18M48h)、TiPMO样品(TD6h0.18M50)。分别置于压片机上,保持50MPa的压为30分钟5.3催化性能#5.3.1实验药品表义1主要试剂Table5.1Reagentsusedinexperiment药品名称?氯丙婦化学纯上海凌峰化学试剂有限公司环氧氯丙晓分析纯上海凌峰化学试剂有限公司甲酵分析纯国药集团化学试剂有限公司异下醇分析纯上海凌峰化学试剂有限公司5.3.2氯丙婦环氧化反应51氛丙婦环氧化反应实验装置如图.所示,该反应采用间歇操作方式,在常压下于带有循环水冷凝管的烧瓶中进行。I-PMO126实验具体操作:称取gTi、15g甲醇、.g氯两婦、2.16g37%的比〇2置于’50mL烧瓶中。然后将烧瓶置于恒温水浴中,开启攒拌,于50C反应3h。将反应混合物在离也机中离也分离,取上层清液分析产物组成。 华东理工大学硕±学位论文第49页1瞧图5.1氛丙締环氧化反应实验装置示意圈idtcre巧呂.5.1Experimentfacilityofeoxaionofalllhloidpy5.3.3产物分析方法采用气相色谱法对反应液中氯丙帰和环氧氯丙烧的含量进行分析,异T醇做为内标物。所用色谱为Agilent4890D型气相色谱仪,色谱柱为PorapakQ色谱柱(内径为30mLmn303mmm。/i,氨气和空气流量分别为和,长度为3)W化为载气,载气流量为’300mL/min。采用氨火焰离子检测器(FID检测器),进样室温度25(TC,检测器温度250C,°柱温为170C恒温。一、测定相对校正因子;准确称取定量的环氧氯丙烧氯丙婦、甲醇,并加入适量内标异T醇lOmin,11进样检测。相对校正因子的计算方法,超声波震用微量进样器吸取^如下:=莖f33巧.),祥mjA.其中,w分别为被测物和标准物的质量,和4分别为被测物巧和4i和标准物的峰,。甲醇、氯丙帰、环氧氯丙焼等药品的相对校正因子如面积W异T醇为内标物,测得的表5.2所7K。表5.2药品的相对校正因子Table5.2Correction拉ctorofeachreagent药品甲醇氯丙巧环氧氯丙抗相对校正因子2.621.342.22一:,测定相对校正因子之后,对反应液样品进行分析准确称取定质量的待测样品一定质量的内标物异丙醇,超声振荡混合均匀后,进行进样分析而后加入。反应液中各组分含量由下式计算:=4^3mfx.4(式),,A 第so页华东理工大学硕壬学位论文W.(%)=f.x^X100%=^X100%(式3.5)AWW^其中,W为称取的反应液的总质量,%为反应液中组分i的质量分数。534..数据处理在该反应中,W氯丙稀为关键组分,计算反应的转化率、选择性W及环氧氯丙焼的收率。计算公式如下:氯丙締的转化率X3.6氯嘛巧)W级丙浦,斯其中.为氯丙帰的初始加入量,《12.为反应后氯两帰的残余量;^^^%*^^5^反应的选择性曲XM貴氯两稀S二一^—37e畑i巧.)W—W氛丙綺教丙巧环氧氯丙焼的收率XM护氛賴Y=^^ech3〇巧刮W款两咸其中,必,所为环氧氯丙烧的质量£0为环氧氯丙烧的摩尔质量,齡/^^为双氧^^^^水的摩尔质量。5.4考评结果分析与巧论54-.1PMOTiPMO.和的热稳定性100rrlOOrra()^.'=:。W^V"一了----DTD6h0.18M50'^---P50-M-P50.0.184^hT018M48h4I1?1II\III7011nf\1I..'"02004006008000200400600800.。〇Temperatuie仁Temperature(C)()52PMOTi-图.和PMO的热失重曲线:ab()空气气氛;()氮气气氛-F..2i5TGAcurvesofPMOandTPMOgiunderairaandnitroenbamoshe()g(tpre) 华东理工大学硕±学位论文第日1页------4-PMOTD6h052PMOP500.18M50.18M48h、Ti在空气和氮气图.为样品样品---气氛的热失重曲线15,P5(M).18M48h,并与SBA的热失重曲线做比较。可W看到样品°4-6h-018M-50-15100C、TD.和SBA在空气中热失重行为类似,存在兰个失重区间。其中°W下的失重主要是由物理吸附的水和醇造成100到250C之间的失重与模板剂的分解;°SBA-15250650C的失重主要是桂径基脱水W及残余模板剂的脱除引起相关在到,;----P50-018M-48h4和TD6h0、.18M50残余模.在该区间的失重则由样品骨架中有机部分^°口199、1],220:板剂的脱除W及娃哲基的脱水导致。从热重分析可^看到(^上介孔分子筛Ti惨杂进入PMO骨架后,的骨架结构将遭到破坏,;比较H者的热失重曲线可W发现°250C左右。H者的热失重行为其在空气中的热稳定性略高于其余两者,为氮气气氛中--31(TC。50-0--6h同样比较类似样品P.18M48h4和TD,但样品的热稳定性提高到了------SBA15P500018M50.18M48h4和TD,.在高温阶段的失重要明显多于这是由于样品----6h-0CHCHPMO材.18M50中含有22有机基团导致的。W上分析结果表明PMOW及Ti--15TiPMOTi的料具有和SBA材料相当的热稳定性,并且材料中惨杂并没有降低材料的热稳定性。54-.2PMO和TiPMO的水热稳定性.〇-公S若?U-SBA-15H0I2£WSBA-15I■■1■I■I12345。2目()图53SBA-15XRD图谱.样品水热处理前及水热处理后的-F-hdmeni.5.3XradiffractonatternsofTiPMOe化化andafterro也ermal化eattgyipbya()品[&sIIS^^dTD-6h-1--1150cP50-0---0.8^0WI.18M48h4HOII^^g岩—-〇〇'醒孤4TD-6h-0M-巴.1850_:IIIII.■.I■I■■I■■II123451234520〇2目n54PMOaT-XRD團图iPMOb.()及(样品水热处理前及水热处理后的谱)..--frsofPMOaandTPMbreanafterhdioFX;hermalreatment.5.iadifactionatterniObefod1ti4))ygyp(( 第52页华东理工大学硕±学位论文°Ti-PMO的水热稳定性600C固定床反应器中对样品连续通入100%为了考察,我们在5-XRD图谱.3BA15水蒸气进行水热处理。图为S样品水热处理前及水热处理后的,图5------M-.4为PMO样品P500.18M48h4aPMO样品TD0150及Ti化.8b水热处理前()()-----经水热处理的P500-XRD图谱。可W看出.18M48hH〇和TD6h及水热处理后的,42一0--.18M5OHO的衍射定程度的右移2峰强度均未发生降低,,但衍射峰的位置都发生了------说明经过加,P500.18M4化4和TD.18M50(TC水蒸气处理化之后化0的规整介孔得5--.3SBA1H0到了保留,但孔径都有所减小。而在图中,可W看到经过水热处理的52°的衍射峰强度发生了轻微的降低,同时其峰的位置也发生了轻微的右移,说明经过600CSBA-15,的孔径也有所减小水蒸气处理之后,同时其介孔发生了轻微的破坏。mm':5-图.5PMO及TiPMO样品水热处理前后的TEM照片--a--48h---48-4-〇c-08--0--H〇:P500.18M4b:P500.18MhH2:TD6h.1I\l50过:TD6h-18M50();(2;()();)F-.5.5TmaesofPMOandTPMOsamleseforeandafterdroiermaHreatmentig巨Migipbhytil-P50-0---_--------a.18M48h4P50.18M48h4Hc:TD0.18M50:TD0.18M50:(b:02〇化d化H2O(););)(;()一---步验证XRD的结果P5(M).18M48h4TD为了进,我们对水热处理前后的样品和--------6h0.18M50进行TEM的表征P50.18M48h4018M了,图5.5为样品0及样品TD6h.---50.水热处理前后的TEM图片,水热处理后的P50018M48h。其也证实了XRD的结果4---O--也〇和TD化.I8M5OH2O都仍具有规整的介孔孔道,但是它们的孔道宽度均略低于水热处理前样品的孔道宽度。这主要是因为在水热过程中,PMO材料的晶胞发生了UWNH收缩,但是材料仍然很好地保持了六方结构有序的介孔。宋明娟等在考察(4>SiF6SBA-15的水热稳定性时也发现了类似的情况-15预处理改善的,经过水热处理后SBA 华东理工大学硕±学位论文第53页一XRD一的衍射峰也发生了定程度的右移,孔径发生了定程度的减小。上述的分析结T--果表明制备得到的四配位i渗杂的有机杂化介孔分子筛TiPMO具有略优于SBA15的水热稳定性。5PMOTi-PMO的机械稳定性.4.3和CUUh/\SBA--MPaC1550[LCVSBA-15IIIIIIII12345°2G()5-XRD图图.6SBA15样品皮力测试前及压力测试后的谱-hlFi5-.6XraciiffractonaternsofSBA15beforeandafterdro化ermatreatmentressuretreatoentiptygypat50MPafbr30min5-经过压为测试后XRD对各个样品进行表征.6为SBA15样品压力测,图,用小角---XRD图谱-,图57500.18M48h4aPMO试前及压力测试后的.为PMO样品P及Ti()--6h-化18M50bXRD图谱。可W看到经过压力样品TD压力测试前及压力测试后的,()--测试后,样品SBA1550MPa的衍射峰强度发生了很大程度的下降,表明经过压力处理-。P50-0---之后SBA15.18M48h450M化和样品,的孔结构已经发生严重的破坏而样品-TD--01M-50-50MPa,P50化,表.8的衍射峰强度均未发生降低明经过压力处理之后01M-4h-4TD--0-.1M50.88和6h8的孔结构仍然具有规整的介孔孔道,材料仍然很好地保持了六方结构有序的介孔PMOTi-PMOSBA-15。W上结果表明及材料具有比更优--PMOTi-PMO材料中均匀分布的有CHCH异的机械稳定性,这主要是因为W及机基团22一UW给材料主体提供了定的柔初性,从而大大提高了它们的机械稳定性。11|]-"--P5〇〇'18M48h450MPa呈U--M--TD6h0.185050MPaL*??'I>s-P50-0-----.18M48h4TD6h0.18M50I■■.I■III.I■I■I■II1234512345°2目20n()57PMOaT-iPMOXRD图图.()及作)样品压力测试前及压力测试后的谱F5-PMOT-PMbefo化dafteteatment.7XradiffractionatternsofaandiOba打rhdro化ermalrigyp()()yressurereatmenat50MPaor30mnpttfi 第54页华东理工大学硕±学位论文T-5.4.4iPMO的催化性能-PMOT-SBA-D---为了考评Ti材料的催化性能,我们将样品i15、T6h0.18M50W及TB-0h-0-50.18M分别用于催化氯丙締的环氧化反应5.3,反应结果如表所示。表5.3氮丙嫌环氧化反应考评结果Table5.3Epoxidatio打ofallylchloridewithH2O2catalyzedbydifferentcatalys化Ti含量用量氯丙稀转化率环氧氯丙惋环氧氯丙烧收率A催化剂[%选择性。%g/〇%----SBA151.00.48-----.0P50018M48h1.0乂53--75TiSBA15.380.0.412.589.48---TD6h0.18M500..131.019.984416.8TB-0h-0-.18M501.430.14.7056.92.67—-T-BA-TEO挂源--50a:iS15WS为,合成过程与TD6h0.18M致5BA-5--48h.31500.18M进行的空白试验从表中可W看到,W样品S和P,因为没’有TC水浴化后一i的存在,经过50,没有检测到环氧氯丙婉的存在,氯丙締有定的损1%可能是操作或者分析误差引起的,W上结果表明,单独失,但都小于,这部分损失-的SBA15和PMO材料中并没有氯丙帰环氧化反应的活性位,Ti才是该反应的活性位。---化-----根据ICP测试的结果,样品TiSBA15、TD0.18M50及TB0h0.18M50中Ti的含量分别为化38、0.13和1.43,为了更好地比较它们的催化性能,在进行反应时,控制--------50Oh1入量分别为0样品TiSBA15、TD6h0.18MW及TB0.8M50.4、1.00.1的加和,gT--W保证每次反应中i与氯丙婦的比值是个定值。从反应结果可W看到,样品TD6h化--18M50的氯丙婦的转化率和产物环氧氯丙焼的选择性都要高于化SBA15,这主要是--0---因为在样品TD6h.18M50的骨架中均匀分布有疏水性的有机基团CH2CH2,有利于反应物氯两締的吸附一,进而可W在附近的活性Ti原子上发生反应,因此可W在定程--Ti原度上提高反应的转化率,同时,疏水性的有机基团CH2CH2,也会使子周围保持一定的疏水环境,从而可W减少环氧氯丙焼的开环副反应的发生,提高反应的选择性。TB--0-----M-样品0h.18M50的催化效果远远低于TiSBA15W及TD6h0.1850,这主要是一--因为在TB-0h050.18M中,Ti的主要存在形式是骨架外的Ti〇2,方面,骨架外的Ti〇2一Ti〇不是氯丙婦环氧化的活性中也,另方面2的存在还会导致双氧水的无效分,骨架外解,进而可能会増加副反拉的发生,该结果也表明了对于氯丙稀环氧化反应,骨架内的四配位的Ti才是催化反应的活性中也。一为了进T---步考评iPMO在催化氯丙痛环氧化反应中的稳定性,我们对样品TD6h-。二.50进行了回收和循环实验5.018M,考评结果如表4所示从表中可[^看到第次反应 华东理工大学硕±学位论文第55页时氯丙婦的转化率要略离于第一次的,这可能是因为本文中所有样品均是采用溶剂萃取法去除的模板剂,模板剂的去除不是很完全,因此样品上仍会有少量P123的残留,送部分残留的模板剂可能会覆盖部分T一i的活性位,而经过第次的反应,部分残留的模一T板剂可能会被溶剂带出,从而可W在定程度上增加少量的裸露在材料表面的活性铁i。一进步随着反应次数的增加,氯丙赌的转化率W及环氧氯丙抗的选择性都有轻微的减小,-h--60.18M50但不是很明显,这可能是因为催化剂TD有轻微的失活,但失活程度不大,并且H次反应氯丙帰的转化率W及环氧氯丙晓的选择性基本相差不大,W上结果表明,D---样品T6h化18M50在氯丙婦环氧化反应中稳定性良好。5-表.4TiPMO催化《丙巧环务化反应的稳定性Tab-le5.3邱oxidationofallylchloridewithH2O2overTiPMO氯丙婦转化率环氧氯丙烧环氧氯丙烧收率循环实验次数%选择性%%119.984.416.8222.683.718.9321.31.8838.25.5本章小结PMOT-本章通过热重分析、高温水蒸气处理W及压力测试等方法考评了W及iPMO、T-PMO材料的热稳定性水热稳定性W及机械稳定性,并将i材料应用于氯丙猪的环氧T-iPMO的化反应,考评了催化性能。本章的主要结论如下:(1)PMOW及Ti-PMOSBA-15材料具有和材料相当的热稳定性,在空气气氛中,’22TC1且T-材料在CW下是稳定的,在氮气气氛中,材料的的稳定性提高到了30C,并iPMO材掉中Ti的惨杂并没有降低材料的热稳定性;(2)PMO-PMOSBA-5W及Ti材料具有略优于1的水热稳定性;(3)骨PMO-PMO架内柔初性有机基团的存在,使得W及Ti材料具有远高于材料SBA-15的机械稳定性。---(4)TiPMO材料在氯丙婦环氧化反应中表现了比TiSBA15更好的反应活性和选T-择性,且在循环反应中,iPMO失活程度很低,具有良好的稳定性。 第日6巧华东理工大学硕±学位论文第6章全文总结与展望MO、本文首先采用水热合成法制备了介孔P材料,系统地考察了珪模比溶液酸度、晶化时间W及添加剂无机盐NaCl对PMO材料晶体结构和织构性能的影响,确定了有序度和规整度良好的PMO的制备条件。在此基础上,成功地将Ti引入了PMO的骨架,PMOT-iPMO、制备了四配位Ti渗杂的材料,即,系统地考察了钦源种类钦源预水解时间、溶液酸性W及Si/Ti比对Ti存在形态的影响,对水热合成过程中四配位Ti的渗杂-机理进行了探讨。最后,对PMOW及TiPMO材料的热稳定性、水热稳定性W及机械-PMOT-iPMO的稳定性进行了考评,,并将Ti材料应用于氯丙締的环氧化反应考评了催化性能。本文主要结论如下:PMOBA-1SBA-(1)的合成与S5存在较大的差异。在15的合成过程中,珪模比、-盐酸浓度^1<及无机盐NaCl的添加主要影响SBA15分子,1筛的比表面积和孔径大小而SBA-对15分子筛的有序度和规整程度影响较小。然而,在PMO的合成过程中,娃模比、盐酸浓度W及无机盐NaCl的添加量不单单对PMO材料的比表面和孔径有影响,它们对PMO材料的有序度和规整度同样有着显著的影响。PMO ̄(2):珪模比5075,盐.18moL介孔材料水热合成的适宜条件为酸浓度0l/,4NCN=4晶化时间8h,无机盐al的添加量aCI/Si。在此条件下,可m导到有序度和规整PMO一度良好的麦穗状的,其具有大的比表面积和均的介孔孔道。T-(3)在iPMO合成过程中铁源和娃源的水解速率和水解过程的良好匹配是饮原,子W四配位的形式能够进入PMO骨架得到Ti渗杂的有机无机介化分子筛的关键。通过对钦源、钦源预水解时间、溶液酸性W及Si/Ti比等合成工艺条件进行精确调控和选择,使镜源和赶源的水解过程相匹配,可W成功得到骨架内四配位Ti惨杂的介孔结构高度有序的有机杂化分子筛。(4)在T-PMO合成过程i中,铁源和珪源先分别水解生成径基胶连的低聚锭物种中间体和低聚珪物种中间体,;当精确控制合成的工艺条件使得两种水解中间产物可W充分接触并发生共缩聚,则Ti可W取代部分Si原子,从而进入分子筛的骨架,完成Ti原子对PMO的四配位渗杂。T--(5)PMOW及iPMO材料具有和SBA15材料相当的热稳定性,,在空气气氛中’-22■1(rCJ^0C,Ti材料在l^下是稳定的,在氮气气氛中,材料的的稳定性提高到了3并且PMO材料中Ti的渗杂并没有降低材料的热稳定性;-(6)PMOW及TiPMO材料骨架中有机基团的存在提高了材料的水热稳定性和化MO-PMOSBA--械稳定,PW及Ti的水热稳定性略优于15,而机械稳定性远高于SBA15。(7)Ti-PMOTi--1材料在氯丙締环氧化反应中表现了比SBA5更好的反应活性和选-择性,TPMO失活程。,且在循环反应中i度很低,具有良好的稳定性 华东理工大学硕±学位论文第57页一经妊对PMO和T-iPMO材料系统性的研把本文取得了定的成果,同时也发现一了些其他的问题:,这些巧题需要在W后的研究工作中逐步解决,具体巧纳如下一(1)孔径的调节是介孔材料的大优势,而本文在PMO材料的合成研究中所考察的因素主要影响PMO材料的规整椎,对于孔径的影响不是很大,在W后的工作中可W考虑采用不同的模板剂或添加有机物添加剂(如H甲基苯)等方法制备出不同化径的PMO材料。-T(2)本文在TiPMO的合成过程中,Wi的存在形式为主要的考察点,最终成功地将TiW四配位的形式渗杂进了PMO的骨架,然而经ICP测讯实际惨杂进PMO骨一T-iTiPMO应用的另架的的量偏少,而这可能会是将来限制个问题,在后的研究中一Ti的渗杂量可W探究是否有方式可W进步增加。---T-(3)在iPMO催化氯丙婦环氧化反应中,本文主要考察了TiPMO与TiSBA15-PMO的反应稳定性催化性能的对比,化及Ti。在W后的工作中可尝试对反应的工艺--ii条件进行优化,同时,在TPMO催化氯丙筛环氧化反应的研究中发现,TPMO的催T---iZSM化活性要低于渗杂的微孔分子筛,如TS1、Ti5等,这可能是由两方面的因素一一----引起的,方面是相对于TS1和TiZSM5,TiPMO中Ti的含量较少,另方面可能-PMO的孔径较大-PMO是因为氯丙締属于小分子,而Ti,因此在用Ti催化氯丙締环进-PMO-行氧化反应时,Ti的大孔径优势不明显,甚至会变成劣势。为了发挥TiPMO大-PMO催孔径的优势,在W后的工作中可W用Ti化大分子的环氧化反应,如环己婦、辛帰等。 工第58页华东理大学硕±学位论文辦文献1oroJrstanseneairectssesoforeredSB-5MarleseDMeleAChiiSCtl.DnthedA1[]g,,,ymesoporoussilicacontainingsulfonicacidgroups口]?ChemistryofMaterials,2000,12(8):-24592448.2TakahashiHLiBSasakiTetal.Catalticactivitinoranicsolventsandstabilitof[],,,yygyimmobdizedenzymesdependon化eoresizeandsurfacecharacteristicsofmesoporousp化ca阴-s?ChemistryofMaterials20001211:33013305.,,()3KozhevnikovIVSinnemaAJansen氏JJetal.Newacidcatalstcomrisinheterooly[],,y,pgpmo---acidonamesoorouslecularsieveMCM41J.Catalsisletters19943014:241p[]y,,()252.4Ina呂akiSGuan8FukushimaY,etal.Novelmesoorousmaterialsw她汪uniform[],,pdistributionoforganicrousandinoranicoxidein化eirframeworks?Journalofthegpg口]ercanhem-icalSociet112141:9614.AmiCy999,()1196,[5]MeldeBJ,HollandBT,Blan拓rdCF,etal.Mesoporoussievesw恤unifiedhybridnom-ianic/oranicfi:ameworksJ.CheistrofMaterials1999111:33023308.g[]y,巧,^)6MacLachlanMJOzinGA.PeriodicmesorousoranosilicasPMOs;fusionoforanic[],pog,g'^mandinoranicchemistryinsidethechannelwallsofhexaonalesooroussilicaJ.ggp[]Chem-icalCommunications1999(24:25392540.,)7AsefaTMacLachlanMJCoombsNetal.Periodicmesoorousoranosilicaswith[],,,pgseiannewaJNatu402-oranicrouinsid化edllls:87?g.re199967648671gp[],,()BhaumKa-8ikAoorMPInaakiS.Ammoximatio打ofketonescatalzedbtitanium[],p,gyycontainingethanebridgedhybridmesoporoussilsesquioxaneJ.Chemical[]ications34-Commun200;470471.,()More--[9]HoffinannFCorneliusMllJetal.Silicabasedmesoorousoricinoranic,,,pganganewandeme-hybridmterials口?A化ChiInternationalEdition20064520:32163251.]g,,()10SzczodrowskiKPrelotBLantenoisSetal.Effectofheteroatomdoinonsurface],,,pgcZ-oEA-aciditandhydrohiliitofAlTirdoedmesorousS15?Microorousandypy,,pp口]psoorous-MepMaterials20091241:8493.,,()11]JungWY,LeeGD,ParkSS,etal.Photocatalyticdecompositionofmethyleneblueover-o-assasoda-巧8ttriumio打dpedTiSBA15ctalytJ.CatlisT2011164:395.y[]yy,,^)soash-12SidiSS虹yleSSinhAP.Ti打incororatederiodicmesoorousoranosilicasS打]y,pppg,g(PMOs:Snthesischaracterizationandcatalticactivitintheeoxidationreactionof)y,,yypasommunca20-olefins口?CtalisCitions1112:629633.]y,,。)-dzP--13SdnchezVuez民irezCIglesiasJetal.ZrContaininHbridOranicInoranic]q,gygg,, 华东理工大学硕±学位论文第59页MesoporousMaterials:HydrophobicAcidCatalystsforBiodieselProduction口■]ChemCa-tChem201354:9941001?,,()escarmo-nme"14LinKPimPHouthoofdKetal-Directroomtemeraturesthesisofthl[],巧,pyy--fonctio打alizedTiMCM41nanoparticlesandtheircatalyticerformanceineoxidatio。.pp口]Jo-urnalof:5Catalysis2009263(1782.,,^)15ChenYHuanYXiuJetal.Directsnthesischaracterizatio打andcatalticactivitof[],g,,y,yy--1titaniumsubstitutedSBA5mesoorousmolecularsievesJ.AliedCatalsisA:p[]ppy1-General2004273:185191.,,()[16]CormaADomineMGaonaJAetal.Strateiestoimrovetheeoxidationactivitand,,,gppy--'412selectivityofTiMCMJ,ChemicalCommunications199820:2112212.[],()17XiaoFSHanYYuYetal.Hdrothermallystableorderedmesooroustitanosilicates[],,,ypwithhighlyactivecatalyticsites?JournaloftheAmericanChemicalSociet2002口]y,,24-16;888889.()一--118朱金华,沈伟徐华龙等.水热TiSBA5分子筛及其催化性能研究J,[],步法合成[]化学学报2003612-:202207.,,()--19刘红梅张明森.SBA15[,柯丽超声辅助液相后合成Ti催化剂的表征及其在丙締环],2〇-1241:26527氧化中的性能机.石油化工31.,,()[20]DavisME.Orderedporousmaterialsforemergingapplications[J].Nature,2002,4-176891:813821.()[21]KresgeCT,LeonowiczME,RothWJ,etal.Orderedmesoporousmolecularsieves-s-nthesizedbyaliuidcrstaltemlatemechanismJ,Nature19923596397:710712.yqyp[],,()[22]BeckJS,VartuliJC,RothWJ,etal.Anewfamilyofmesoporousmolecularsievesprearedwithliquidcrstaltemplates口?JournaloftheAmericanChemicalSociet1992py]乂,7-114:1083410843口.)[2引徐如人庞文琴,于吉红.分子筛与多孔材料化学[M],科学出版化2004.24杨启华刘健钟华等.介孔裡基有机无机杂化材料的研究进展的.无机材料学报[],,,20094-24:641649.,()25ecr-ranmesoorousmaeaewandeKicklbikG.HbridinoanicoictrilsJ.AnteChemi[]yggp[]gn1-IternationalEdition2004,4324;3023104.,()26ChoLtAd-iJWLeeSYeeSHeal.sortio打ofosatebaminofii打ctio打alizedand[],,,pphphyCO-CO打densedBA--S15.WaterAir底SoilPollution20122235:25512562.阴,,,,()27MeleroJABautistaLFIlesiasJetal.Newinsihtsinthedeactivationofsulfonic[],,g,gmod-5caooduconfrom-i打edSBA1talystsfrbiodieselrtilowgradeoleaginouspedsock-fet?AliedCatalysisA:General2014488:111118.口]pp,,2Leunco打aao-sca8YanwMWanYJLuoGStal.Ftiliztio打fSBA15mesoorousiliith[]g,g,,pthiolorsulfonicacidgroupsu打der化ecrystaUizatio打conditions口■Microorousand]p 第60页华东理王大学硕±学位论文t2005841-mesoorousmaerials:275282.p,,()29LimMHS-tei打八.Comarativestudiesofgrafti打ganddirectsynthesesofinoranic[],pgoranthMt1i-ichbridmesoorousmaerialsJ.Cemistrofaerials999li:32853295.gyp[]y,,y)30夏厚胜童东绅周春哮等.功能化有序介孔有机珪催化剂的合成与应用[叮工业,,[]2001610-13催化8.:8,,()a-31ZhiS民ParkSSParkMetal.DirectSn化esisofZrContaininHbridPeriodic],[,y,gyMesoporousOrga打osilicaswithTunableZirconiumCont;ent[J].EuropeanJournalof^Ino-ianicChemistr200735:5485488.gy,0()H--32SaariAamoudiS.Periodicmesooroussilicabasedoranicinora打ic打anocomosite,[]ypggpMaterials-materials.Chemistrof20011310:31513168.y口],,()-33SheaLoDAill-KJy.Bridgedpolyslsesquioxanes.Moecuarengineeredhybridorganic[],-iantilChttia20011310:33063319.noricmaerasemisrofmaerlsg,,[化y()lehSSamuelPSisodiaetal.Periodicmesooroussdicaandoranosilicas34ShysSs:An,y,pg[]iAti-overvewwardscaalssJ.CatalsissurvesfiromAsia2008124266282.:y,,[]yy()35Muth0,Schel化achC,Fr扫baM.Triblockcopolymerassisl:edsynthesisofperiodic[]mesoorousoranosilicasPMOswkhlareoresJ.ChemicalCommunicatio打s2001p()gp,g[]-1920322033:.()36GiioWHaCS--KimI.Hihlorderedthreedimensionallareoreeriodicmesoorous,,gygppp[]I3mtrJ-oranosmme.C.20032126922693.ilicaw恤msChem.ommun:gyy[],()[37]I円agakiS,GuanS,OhsunaT,etal.A打orderedmesoporousorganosilicahybridmaterialtl-llt-whhacrsamc1J.Nture20024166878304307.likewas;urea:y,,[]()38AsefaTKrukMMacLachlanMJetalNovelbfunctonaeriodcmesoorous.iili,,,p[]plBPMOntitii-tioranosiicass:sthesischaracerzaionroertesand打siuselectveg,y,,pphdbt-roorallistitisJ.JlthAmiyionacohoysreaconsoffunconalgroupournaofeercan[]Chem-icalSociety200112335:85208530.,,()39BurleihMC,JaasunderaS,SectorMS,etal.A打ewfamilofcoolmers:[gypypy]ltiftincto打aleriodicmesoorousoranosilicas.Chemisofmaerias20041:Muip吕[J化ytl16p],(,)-35.40ChoEBKimDJaro打iecM.Perodcmesoorousoranosicaswthmultieridniiililbi[],,pgpgg-rousansericamorholoJ.Lan2007233dlmuir:1184411849.gpphpgyg,,[]口)[41]HunksWJ,Ozi打GA.Challe打gesandadvancesinthechemistryofperiodicmesoporousPMOM--〇过打os.ltisCit200515353637163724.ilicassJournaofaeralhemsr:巧()U,,]y()-42LuJYanZhanLetaiil.ThioetherbridedMesoorousOranosilcas:Mesohase,g,g,gpgp[]QTransformationsInducedbtheBrJ.AdvtyidedOranosilanePrecursorancedFuncionalgg[]tia-Maerls2007174:569576.,,()43DufaudVBeauchesneFBonneviotL.Oranometalhcchemistrinsidetheorewallsof[,,gyp] 华东理工大学硕±学位论文第61页esotUedilamateal-msrucirsicris.AngewandteChemie2005117235413543.:口],,口)44CormaADasDGarciaHetal.Aeriodicmesoorousoranosilicacontainina],,,ppggralladacccaseteroecaaorSuzukss-Jcabaleomlexhneoustlstficrocou.Jpypgypli打呂ournal[]ofCatalss20052292-:22331.yi3,,()45Fo打tJdeMarchPBusueFetal.Periodicmesooroussilicahavincovalentlattached],,q,pgytrisbidinerutheniumcomlex:snthesishotovoltaicandelectrochemiluminescent(pyri)py,pt-roeriesJ.JournalofChemistr20071722233343Materials:62.pp]y,,()[-46WhitnallWCtL.C6PMOPMBuckiliJ.ademaririOzinGA0:eriodicesoorousballsca],,py[]JournaloflS-化eAmericanChemicaociet200712950:1564415649.y,,()47-.PMOsJ010吕志卿.],吴连斌,蒋剑雄等桥联型有机无机介孔材料(化学进展,2,)[],226-:11521160.()48NakaimaK,LuD,Ko打doJN,etal.Sntiesisofhihlorderedhbridmesoorous]jygyyp-二-wmaterialcontaining別enyle打eCHCHithint:hesilicateframework.Chemislry()口]-%lLetters20033210950.:,,()49PaSSParkHHaCS-rkD.Freestandineriodicmesoorousorsilica打Imwkha,,gppgano]-tu-crstallikewallstrucre.Chemistrof200711127092711.materials9:y^,,]y()50GrickaBEJaro打ecM-sabi.Microwaveassistedesisoferiodicmesoorous,yn化]pporganosilicaswithethaneanddisulfiderousJ.MicroorousandMesoorousMaterialsgp[]pp,20091191-:144149.,()51Kei化achAD扫W.inerMKohn民etalPeriodicMesoorousa打osilicanConfined,g,,pOrgi]--Enviro打饥entsJ.Chemis1AEuoJ2009152766456650.:rreanournal:,,[]yp()52WanXLuDustin民etal.Proninrefoldinassis1:edberiodicmesoorousg,,A,gypp]-cnoscasJLan20072310-muir:57355739.gan化.g[],,()53iaoSZLinCXJi打Yeta-扣打ctio打alizedl.Surfaceeriodicmesoorousoranosilica,,,ppg]QlJ-holowsheres.TheJournalofiChtC20091132086738682.Phscalemisr:p,,[]yy()54YanLiuJYanJetal.Snthesischaraderizationandcatalticactivitofsulfonicg,,g]Q,y,,yyacd-nctionalieodicmesorosicaifuze过riouorganosils.JournalofCatalsis2004pp",,]y2282-:265272.()55ElHMt-PBHtankariSooserezesemanneal.Poresizecontrolandoranocataltic,,]gypropertiesofnanostructuredsilicahybridmaterialscontainin呂aminoandammonium-rousJ.JournalofMaterialsChemistr20112119:69486955.gp[]y,,()56JDYHetal--W.Peiiithll2民ianananrodcmesoporous曰ranosilcaswi:rans民,,,,]呂gQgg()diaminocyclohexanei打theframework:AotentialcatalyticmaterialforasymmetricptiJ-reacons.JournalofCtl20062巧16573aasis:.,,[]y()57Hudso打SGoo打eJHod打ettBKetal.仁hloroeroxidase0打eriodicmesoorous,y,,pp]pitJ-oranosla打es.itrmatl82049:immobilizaionandreuseChemsoferias200719:g,,[]y() 第化页华东理王大学硕±学位论文2055.58ZhanLZhanWSh-[]iJetal.Anewthioetherfunctionalizedoranicinoranicg,g,,gg針mesoporouscompositeasahi卵yselectiveandcapaciousHgadsorben仰.Chemicalca-Communitions2003(2:210211.,)[59]BurleighMC,MarkowitzMA,SpectorM8,etal.Porouspolysilsesquio义anesforthevmenasce凸cenoo2002-adsortio打:ofhenolsJ.Enirontli&techl36125152518.pp[]gy,,^)JJSe-60KimDChunAhnWStal.Morholocontroloforanicinoranichbrid[],g,,pgyggymesomCh-42oroussilicabyicrowaveheatin呂口.emistrLeters2004334;4223.p]y,,()-ua-61ParkS8HaCS.Highlitfreestandinandorientedperiodicmesoporous[],qygoranos-ihcafilmsrownwithout泣sohdsubstrateattheairwaterinterface口.Chemicalgg]Communcaons7-7iti2004(1:1986198.,^)62ParkSSHaCSO-.ranicinoranichbridmesooroussilicas;functionalizationore[],ggyp,psh20062-izeandmorholocontrol?TheCemicalRecord61:342.,pgy…,,()63Park-ucSSAnBHaCS.Hihualitorientedandmesostrturedoranosilicamonolith[],,gqy,gasaote打rosor-tialUVsensoJ.MicrorousandMeoousMaterials2008111:367p[]pp,,。)378.J-B264ohnson;einaliMShaferKMetalDtWhke.etecionoforanicsusinorhrin[],,,ggppynoorousrsiBosensorsandBioelecronc6-embedded:4naoganoilcasJ,itis2007,22115p[],()1162.K--65imSYLeeJWJunJHetal.Hydroensl:oraeroertyonnickelatomdisersed[],,g,ggppporanos-gilicananotubesJ].Chemistryofmaterials200719(2:135137.[,,)[66]NavarroMT,CormaA,民ey,ROnestepsynthesisofhighlyactiveandselectiveform-epoxidationcatalystsedbyorganicinorganicTicontainingmesoporouscotCommun199799-190rnosiesJ.Chemicalications81:180.p[],(^)arashNanema--67IiKidiSAhi化民etal.Directoranicfimctio打alizatio打ofTiMCM41:[]g,,g,Synthesisconditionoraniccontentandcatalticactivit.Microorousand,yp,gyU]sose-orourials20058i:97105memat.p,,y)n-[68KaoorMPBhaumikAIaaki8etal.Titaniumcontainininoranicoranichbrid]p,,g,gggymesoporousmaterialswithexceptionalactivityi打epoxidatio打ofalkenesusinghydrogenJosemsr1-erox:pideJ.urnalofMaterialChit200221030783083.[]y,,()69oor-KaMSinhaAKSeelanSetal.Hdrohobicitinducedvaorhaseoxidatio打of[]p,,ypypppropeneovergoldsupportedontitaniumincorporatedhybridmesoporouss-ilsesuioxaneJ.ChemicalCommunications200223:29022903.q[],()eArsua-[70MleroJAIlesiasJaJMetal.Snthesisandcatalticactivitoforanic],g,g,yyyg--5maasJrn20074inorganichybridTiSBA1teril.JoualofMaterialsChemistry17:[],,()-385377. 华东理工大学硕±学位论文第63页71ShleshSSinhARVanadium-contaith-iliinneanescahbrideriodicmesoorous,]yggypporganosilicas:Synthesis,structuralcharaderizationandcatalyticapplications[J].t2006127-138orousa打dmesoorousmaeria.microls941;pp,,()72SheshSSamuePPi打AP.Gcooceneeoxatio打overmesoranollSltidorouso,ghypg]y,p-va打adosilicateshavinCHCH-rousintheframewallositionsJg22gpp.Catalysis[]Communt20078894-898icaions6;.,,()73ShleshSSrilakshmiCSi打hAPetalnthesisofchromium-.Onestescontaininy,],g,pygperiodicmesoporousorganosilicasand1;heircatalyticactivityintheoxidatio打of-cyclohexane.Microporousandmesoorousmaterials200799:334344.口]p,,口)-74YaniYZhanLetal.HdrothermalstabilitandcatalticactivitofaluminumgQ,,],Lgyyyyco打tannmesoorousethane-scasJiigpili.TheJournalofPhysicalChemistryB2004[],,-108口3):7巧47937.^75ShSSamuePISinAPSnthttium-leshl.esisofhdrohermallsablealumi打,gh]y,yyyco打-ihriiitainingethaneslicabridmesoorousmatealsus打differentalumniumsourcesJ.ypg[]Mit20071001250-258croorousandmesoorousmaerials.:pp,,()一76平.M.华东理工大学出版社2008杜现代仪器分析方法[.]],77KMJiM-rukaronec.Gasadsortioncharacterizationoforderedoraninoriicanc],pggnanocom-ositematerialsJ.ChemistrofMaterials20011310:31693183y.p[],,()7引ZhaoD,Wan乂ZhouW.Orckredmesoporousmaterials[M].JohnWiley&Sons,2012.79K-leinSWeckhuseBMMartensJAetal.Homoeneitofttaniailicamiidnisxedoxes:],y,,gy-onUVD民Sstud.Jtl6iesasafimctio打oftitaniacontentJournalofcaasis1991632:,,[]y()489-491.80]LuanZ,MaesEM,VanderHeidePAW,etal.Incorporationofti化打iiimintomesoporousslimsievSBA-15J-icaoleculare.Chemistrfterials19991112:36803686.ymao,,[]()MCM-81BurleitMAStMSt.PiliA打acidtarkowizecorealorousoranoscas:caalzed]gh,,p,gyaachJLa20011725-ronmu:79237928..irpp[]g,,()82ZhaoDFenJ,Huo,etal.Triblockcoolmersnthesesofmesooroussilicawith],gQpyyp-eriodic50t:o300anstromoresJ.science19982795350:548552.pgp,,[]()83SHutl-iaoZYuCZHea.Co打trottloforderedsrucureandmorholooflare,,Q,Qpgyg]poreeriodicmesoorousoranosilicasbi打oranicsaltJ.Microorousandmesoorousppgyg[]ppma-terials2006911:5969.,,()84KltF-ChoiMHeoWeizetal.Facilesn化esisofilthhuaimesoorousSBA15with,,,ygqyp]enhancedCO打trolof1:heporous打etworkconnectivityandwallthicknessJ.Chemical[]-Communications200312134034.:11,()85-郑修成.S目A15的合成与表征J.;],袁程远,赵文平等介孔分子筛[]郑州大学学报200840-理学版1:101106.,,() 第64页华东理王大学硕±学位论文86BXYZhXSLiXA打oroWe--aoao別alvel1wardthenthesiofhiaitae.;osshullr[],,y,gqygporeperiodicmesoporousorganosilicas[J.TheJournalofPhsicalChemistryB,2004,]y4-10815;4684689.()87VanDerVoortPEsuivelDDeCanckEetal.Periodicmesoorousoranosilicas:from[],q,,pgsimple化complexbridges;acomprehensiveoverviewoffunctions,morphologiesandlitJChi民20134293913-3955acaions..emcalSocieteviews:pp[]y,,()88GuWPYOhMOeta-oarkJl.Trblockcoolmersnthessoholaeiifilrderedrre[],,pghypo,yygeriodic.mesoorousora打osilicaswi化theadof打oranicsalt:sCstrofmaeriasppgiigJhemiytl,[]20031-512.:22952298,()-89LiuHLuGGuoYeta.tessofT1usinamorousS〇andtscatatclSynhiSi2ili[],,gphy,ti-tjGtroeriesforhdroxlationofhenol打fixedbedreacorliedaalsisAppyyp.A:[]ppyGeneral2005293153-161;.,,-90FenXianGetaltdthlDuanX.Aunanoaricleseosiedonteext;emasurfacesofTSg,,Q,p[]p1ancedtandacvecroeneeoxao打wa打dJ.;EnhsabilitytiityfbrdirtppylpidtiitihH2〇2[]edCatalssB-八:Envromnen1:al20141:3401.liyii5096pp,,[91]WuG,WangY,WangL,etal.EpoxidationofpropylenewithH2O2catalyzedbysupported--TS1catalstaedtr:erimesankineticJ.Cl巨nyinfixbedreacoxpentdshemicagineeri打g[]-Journal2013215.:306314,,92LYanLetanesscaactezato打oferarchca-1scaatci打JXi打Fl.SthihrriihiilTSandittli[],gyy,,,performanceforcyclohexanoneammoximationJ.CatalysisCommunications2014,45:[],104-108.[93BellussiG,PeregoC.PhenolHydroxylationand民elatedOxidationsJ.Handbookof][]HtCtl-eeroeneousaasis199735383547.gy,,JAAJMt-94rsuaadeFru化sPea.DitthitttMelerolrecsnesisoftaniumsubsitued,,[]g,ymesosli-ttstdiritructuredmateriasusngnonionicsurfacanandtianocenechlodeJ.[]odmeooousmatels200586-Microrousa打srr:3373ia164.p,p,()l-95OanrewauJ.DnthesiitNewalkarBLKomameniSirectssoft化niumsubstiut:ed[,j,y]SBA-15-mesoorousmolecularsidtlitiJ.pieveundermcrowavehyrohermacondons[]Chems-trmaterias2001132;557.iyofl552,,()--6.TiSBA15J.石油化工2012刘红梅,张明森,王焕茹等介孔分子筛的制备与表征,巧][],412143-149.:()-7张文娟.功能化SBA15分子筛催化环加成反应研究D.天津大学2011.巧,][]-.98陈晓构TS1催化氯丙帰和甲代婦丙基氯环氧化反应过程研究[D.天津大学2003.,[]]一一-99邵艳秋王虹苏等.无机杂化碱性介孔材料的合成,,管景奇新型有机空间位阻[]J-对催化性能的影响.高等学校化学学报20103:592巧6.,)[](1H-funce00WahabMAaCS.Rutheniumtionalisedhbridriodicmesoorousoranosilicas:],ypgp 华东理工大学硕±学位论文第65页snthesisandstructuralcharacterizationJ.Journalofaersem4:yMtialChistr200515[]y,,()508-516.-[101]宋明瘋邹成化牛国兴等.(NH4)2S化预处理改善SBA15介孔材料的水热稳定性20-巧:5口.催化学化12114011.],()。02]BurleighMC,MarkowitzMA,JayasunderaS,etal.MechanicalandhydrothermalstabilitiesofagederiodicmesoporousorganosilicasJ.TheJournalofPhsicalChemistr[]yypB200-431074:1%281%3.,,(巧 第66页华东理工大学硕古学位论文致谢本文的工作是在周静红教授的指导下完成的,周老师治学严谨,要求严格,在科研工作的讨论中,周老师总是可W帮我指明工作中的问题所在,并给去实用性的建议,同时,周老师在学习和生活上,也给了我很多的帮助和鼓励,让我在研巧生期间看待问题,!看待事物的思维方式日趋成熟,在此,对周老师表示由衷的感谢同时,我的研究工作也得到了本谏题组各位老师的诸多帮助,周兴贵教授、隋志军副教授、朱贻安副教授W及顾雄毅副教授在历次组会中提出了很多容易被忽略的却很有实际意义的问题,也给予了我很多有指导性的建议,对我谏题的进展起到了很大的帮助,在此!,也表示诚挈的感谢在我课题的研巧过程中,还得到了师兄冯類的指导,同届硕±生冷莉、王雪峰的支此一!持W及师弟李祖尧的帮助,在并表示衷也的感谢 华东理工大学硕:t学位论文第67页附录硕±期间发表的论文山王东化周静红,隋志军,周兴贵,SusannahScot.四配位Ti惨杂的有机杂化介孔分子筛的直接合成及表征J.高等学校化学学报(SCIdoi:10.7503/ccu2刖50035.[]),j

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