分子筛与多孔材料举例.ppt

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1、多孔物质的发展史多孔材料的共同特征:规则而均匀的孔道结构,包括孔道与窗口的大小尺寸和形状,孔道的维数,孔道的走向,孔壁的组成与性质低硅沸石高硅沸石天然沸石人工合成沸石十二元环微孔超大微孔超大微孔介孔无机多孔骨架金属有机多孔骨架沸石分子筛磷酸铝分子筛与微孔磷酸盐微孔(micropore)孔道尺寸小于2nm,具有规则的微孔孔道结构的物质称为微孔化合物或分子筛.介孔(mesopore)孔道尺寸范围在2~50nm之间,具有有序介孔孔道结构的物质称为介孔材料.大孔(macropore)孔道尺寸大于50nm多孔材料的主

2、要应用传统应用三大领域催化离子交换吸附吸附材料,用于工业与环境上的分离与净化、干燥等领域。催化材料,用于石油加工、石油化工、煤化工与精细化工等领域中大量的工业催化过程的需要。离子交换材料，大量用于洗涤剂工业，矿厂与放射性废料及废液的处理。多孔材料的结构分析与性能表征分析方法衍射——电磁辐射的波动性，当辐射经过一边缘或通过一小孔时会发生干涉现象。光谱——根据原子或分子（或者原子和分子的离子）对电磁波的吸收、发射或散射研究原子、分子的物理过程。显微技术——利用光学装置来得到某一物体的放大图像。如扫描电镜(SEM

3、)、透射电镜(TEM)和扫描隧道电镜(STM)等。吸附,脱附,热分析技术——探针分子的吸附和扩散、程序脱附，热分析、催化反应测试等能够间接地得到表面结构信息。X射线衍射方法X射线衍射法分为单晶法和多晶法，多晶法又称粉末X射线衍射分析法。XRD的作用1、确定晶体结构2、骨架硅铝比3、纯度、结晶度分析4、测量晶体粒度等等在XRD分析中应注意：晶粒大小(任何一种粉末衍射技术都要求粉末十分细小，以保证试样中受射线照射体积中晶粒的取向是完全随机的，常规晶粒大小在0.1～10μm）样品的平整性(要求样品试样表面平整,但

4、在追求平整的过程中可能会引起择优取向,从而严重地影响衍射线强度的正确性)样品的厚度(样品的厚度会引起衍射峰位移向较低的角度)吸附分析吸附物质在两相界面上浓集的现象吸附剂具有吸附能力的固体物质（如分子筛）吸附质被吸附剂所吸附的物质（如氮气）通常采用氮气、氩气或氧气为吸附质进行多孔物的比表面、孔体积、孔径的大小和分布的测定。主要应用结晶度测量表面性质（亲水性和疏水性）微孔、介孔、大孔材料分析吸附平衡等温线IUPAC分类微孔材料(多数沸石和类沸石分子筛)为I型一定条件下,超微孔固体吸附平衡等温线为VI型介孔材料多

5、呈现IV型吸附平衡等温线大孔材料的吸附平衡等温线为II型迟滞现象：吸附-脱附不完全可逆，吸附-脱附等温线不重合的现象。图1吸附等温线的分类相对压力吸附量迟滞现象图2迟滞环分类H1:圆筒形细长孔道且孔径大小均一分布较窄，大小均一的球形粒子堆积而成的孔穴H2：口小腔大的“墨水瓶形”孔道H3和H4：狭缝状孔道，形状和尺寸均匀的孔呈现H4迟滞环，非均匀的孔呈现H3迟滞环。此外还包括：电子显微技术核磁共振技术红外光谱热分析介孔材料介孔材料有序介孔材料一类孔径介于2～50nm，孔道排列规整，孔径均匀的一类特殊材料特点：

6、比表面大（一般大于1000m2/g),孔径均匀，孔径变化范围宽。应用：石油加工、精细化学品领域、大分子参加的化学反应、高新技术领域（如生物医药领域、环境治理和保护领域等）等。介孔材料的分类硅基介孔材料非硅基介孔材料按照化学组成按照介孔是否有序无定形(无序)介孔材料有序介孔材料有序介孔材料的优点高度有序的孔道结构；孔径单一，且可在很宽的范围内调节；经过优化合成条件和后处理，可提高其热稳定性和水热稳定性；高比表面，高孔隙率；广泛的应用前景（大分子催化、生物过程、选择吸附，功能材料等）。介孔材料如何合成？合成方法

7、室温合成微波合成湿胶焙烧法相转变法溶剂挥发法非水体系中合成基本合成过程以表面活性剂为模板剂，其形成的超分子结构为模板，通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面引导作用下，自组装成孔径在2～50nm、孔径分布窄且孔道结构规则有序的介孔材料。※介孔材料的合成与传统分子筛合成的最大不同在于所使用的模板剂不同（传统沸石或分子筛的合成是以单个有机小分子或金属离子为模板剂）介孔材料的制备主要三个步骤（1)溶液中的表面活性剂和硅酸物种（或其他无机物种）反应生成比较易变的、松散的具有有序结构的有机-无机复合物；（2）

8、继续反应（低温、室温或水热处理）提高无机物种的缩聚程度和复合产物结构的稳定性，此过程可能会发生相变；（3）焙烧或溶剂萃取脱除复合物中的表面活性剂，得到无机多孔骨架，即介孔分子筛。生成机理液晶模板机理(LCT)表面活性剂生成的溶致液晶作为形成MCM-41结构的模板剂。表面活性剂液晶相是在加入无机反应物之前形成的，具有亲水和疏水基团的表面活性剂（有机模板）在水的体系中先形成球形胶束，再形成棒状（柱状）胶束。协同作用机