模板法制備MCM-41分子篩及應(yīng)用.ppt

1、模板法制備MCM-41分子篩及應(yīng)用,碩研09級17班 王琨 2009011728,1.1分子篩簡介,狹義上講，分子篩是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成.分子尺寸大?。ㄍǔ?.32.0 nm）的孔道和空腔體系，從而具有篩分分子的特性。,中空玻璃分子篩,1.2分子篩分類,按照孔徑分類 微孔 小于2nm 介孔 2-50nm 大孔分子篩 大于50nm,按骨架分類 硅鋁類分子篩 骨架雜原子分子篩,1.3介孔分子篩,特點(diǎn) 以表面活性劑分子聚集體為模板，通過表面活性劑分子聚集體和無機(jī)物種的界面組裝過程，實(shí)現(xiàn)對介觀圖式結(jié)構(gòu)的剪裁 介孔分子篩的結(jié)構(gòu)和性能介于無定形無機(jī)多孔

2、材料(如無定形硅鋁酸鹽)和具有晶體結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔材料(如沸石分子篩)之間。 它具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)和無定形SiO2組成的孔壁，其規(guī)整性表現(xiàn)在XRD譜圖上具有典型的晶體結(jié)構(gòu)衍射峰;,1.4分子篩的型號,氣體行業(yè)常用的分子篩型號; A型:鉀A(3A),鈉A(4A),A(5A), X型:鈣X(10X),鈉X(13X) Y型:,鈉Y,鈣Y 分子篩的型號是按照孔型大小分類的，例如3A即為孔徑不大于3A,1.5 注意事項(xiàng),分子篩吸濕能力極強(qiáng),用于氣體的純化處理,保存時(shí)應(yīng)避免直接暴露在空氣中。 存放時(shí)間較長并已經(jīng)吸濕的分子篩使用前應(yīng)進(jìn)行再生。 分子篩忌油和液態(tài)水。使用時(shí)應(yīng)盡量避免與油及液態(tài)水接觸。 可以用兩只

3、吸附干燥器并聯(lián)，一只工作，同時(shí)另一只可以進(jìn)行再生處理。相互交替工作和再生，以保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行。 干燥器在8-12下工作，在加溫至350下沖氣再生。不同規(guī)格的分子篩再生溫度略有不同。,1.6介孔分子篩研究熱點(diǎn),形貌控制和手性分子篩的合成 提高介孔分子篩的酸性和水熱穩(wěn)定性 介孔分子篩改性及其催化 以介孔分子篩為模板進(jìn)行“納米澆鑄” 表面浸涂法制備介孔薄膜,2.1模板法制備介孔分子篩,模板法可以分為狹義模板法和廣義模板法。 狹義模板法是將具有特定空間結(jié)構(gòu)和基團(tuán)的物質(zhì)，即模板，引入到基材中，隨后將模板除去來制備具有模板識別部位的基材的一種手段。 廣義模板法是通過模板與基質(zhì)物種的相互作用，構(gòu)筑具有模板信

4、息基材的制備手段。,介孔分子篩的制備常用表面活性劑作模板。 利用表面活性劑分子的立體幾何效應(yīng)、自組裝效應(yīng)，通過表面活性劑分子極性端基與無機(jī)物種之間的相互作用，使無機(jī)物種在模板上堆砌、縮合，用來制備具有不同介觀結(jié)構(gòu)的分子篩。,2.2制備介孔分子篩常用的表面活性劑,陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑。 表面活性劑(S)和溶液中無機(jī)物種(I)之間靠靜電作用、氫鍵、共價(jià)鍵和范德華力，在SI界面相互作用，可以分別在不同酸堿度的物系中，合成出硅基介孔或金屬氧化物介孔材料。,表2.1 常用表面活性劑,2.3 MCM-41介孔分子篩的制備,以CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）和Na2Si039

5、H2O合成MCM一41,記做S-1 以CTAB和TEOS(正硅酸乙酯)合成MCM一41,記做S-2 以CTAB和OP共表面活性劑合成MCM一41,記做S-3,以CTAB和Na2Si039H2O合成MCM一41,(1)將0.05molCTAB溶解在50ml去離子水中，室溫?cái)嚢?.5h，得溶液A。 (2)將0.125molNa2Si039H2O溶解在200ml去離子水中，室溫?cái)嚢?.5h，得溶液B。 (3)攪拌下，將B滴加到A中，得溶液C (4)攪拌下，用H2SO4溶液調(diào)溶液C的PH值至10一11，得溶液D。 (5)攪拌下，將溶液D升溫回流，并不斷調(diào)PH值，使之維持在10一11，保溫 (6)產(chǎn)物經(jīng)

6、抽濾、醇洗、水洗、干燥(50-60C，12h)、焙燒(550C，6h)，得無色MCM-4l分子篩。,2.4結(jié)果與討論,MCM-41的XRD譜圖,S-1的XRD譜圖中有四個(gè)衍射峰，說明其有序性很好 S-2的XRD譜圖中，只有(100)衍射峰，其余衍射峰不明顯，說明其有序性較差。 加入共表面活性劑，用TEOS作硅源，得到的S-3樣品其有序性較好。 如果MCM分子篩的孔壁按1nm計(jì)，則這三種樣品的孔徑均在3一4nm。,S-1TEM形貌圖,S-2TEM形貌圖,S-3TEM形貌圖,氮?dú)馕?脫附等溫線,現(xiàn)為類型吸附等溫線，說明樣品S一1和S一2都是有序的介孔MCM一41分子篩 吸附等溫線中的突躍說明孔的

7、分布較窄、孔徑均一 S一1和S一2等溫線的對比結(jié)果和它們XRD譜圖的對比結(jié)果是一致的，即樣品S一l內(nèi)部孔道的有序性比樣品S一2的要好一些。,3.結(jié)論,表面活性劑的種類、濃度，有機(jī)溶劑的極性、用量，以及操作方式等，影響著介孔分子篩的結(jié)構(gòu)和形貌。 采用共表面活性劑可以有效降低主表面活性劑的用量，降低生產(chǎn)成本。,4.介孔分子篩的應(yīng)用,4.1分子篩在催化反應(yīng)中的應(yīng)用 介孔分子篩具有高的比表面積和規(guī)則有序的孔道結(jié)構(gòu),是催化劑的優(yōu)良載體。雜多酸、胺類、金屬氧化物和過渡金屬絡(luò)合物等催化劑都可以通過材料的表面改性負(fù)載到介孔孔道中,在氧化還原反應(yīng)中，可以將鈷酞菁配合物共價(jià)聯(lián)接到介孔分子篩MCM-41的表面,在催

8、化環(huán)己烷、苯乙烯氧化反應(yīng)中顯現(xiàn)出高的催化活性、穩(wěn)定性和很好的再循環(huán)使用性 將鈮負(fù)載在介孔分子篩MCM-41上制成Nb-MCM-41催化劑,在過氧化物作氧化劑條件下催化己烯的環(huán)氧化反應(yīng),具有高活性和高選擇性。,在聚合縮合反應(yīng)中，可以在MCM-41介孔分子篩上負(fù)載鐵系催化劑,用來催化乙烯聚合反應(yīng),催化活性高,在助催化劑作用下效果更好。 可以將復(fù)雜的含鋯化合物負(fù)載在MCM-41介孔分子篩上來催化乙烯聚合反應(yīng),表現(xiàn)出平穩(wěn)的高活性,并且獲得較高的分子量和較寬的分子量分布。 介孔分子篩同時(shí)在酯化反應(yīng)，異構(gòu)化反應(yīng)，光催化反應(yīng)等領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用,4.2介孔分子篩在生物固定、吸附和分離中的應(yīng)用,在藥物輸送領(lǐng)域

9、，人們設(shè)法改進(jìn)MCM-41的結(jié)構(gòu)和孔徑大小使這些材料接受不同的客體有機(jī)分子。例如，MCM-41能夠吸收和釋放有機(jī)藥物分子,負(fù)載藥物的材料浸泡在模擬的體液中時(shí),藥物被緩慢釋放。,在固定蛋白酶領(lǐng)域，介孔MCM分子篩系列固定的蛋白質(zhì)的活性,蛋白質(zhì)酶不僅被介孔材料吸附,而且這些酶分子能夠在介孔內(nèi)擴(kuò)散 這些工作擴(kuò)展了HMS在蛋白質(zhì)固定、直接電子傳遞研究和無試劑生物傳感器制備方面的應(yīng)用,4.3介孔分子篩在制備納米材料中的應(yīng)用,介孔材料在納米尺寸上有序排列的孔道給人們提供了一個(gè)理想的可控納米反應(yīng)器。 用不同的硅膠在Fe-MCM-41介孔分子篩上制備碳納米管 采用陰離子表面活性劑制成具有介孔分子篩結(jié)構(gòu)的NiO納米碳管,并研究其結(jié)構(gòu)狀態(tài),4.4 介孔分子篩在環(huán)保方面的應(yīng)用,CO2是弱酸性氣體,在介孔分子篩上負(fù)載堿性物質(zhì)如胺類,可有效地吸附分離CO2,在環(huán)保中起重要的作用 用聚乙烯胺(PEI)修飾MCM-41介孔分子篩從包含CO2、N2、O2的模擬廢氣中吸附分離出CO2氣