分子筛与多孔材料举例PPT课件

多孔材料的发展历史，多孔材料的共同特征，规则和均匀的孔结构，包括孔和窗口的大小和形状，孔的尺寸，孔的走向，孔壁的组成和性质，以及小于2纳米的微孔的孔径。具有规则微孔结构的材料称为微孔化合物或分子筛。介孔孔径范围从2到50纳米，具有有序介孔孔结构的材料称为介孔材料。大孔孔径大于50纳米。多孔材料、传统应用和吸附材料的主要应用是用于工业和环境分离、纯化、干燥等领域。催化材料被用于石油加工、石油化工、煤化工和精细化工领域的大量工业催化过程。离子交换材料广泛应用于洗涤剂工业、矿山工厂、放射性废物和废液处理。多孔材料的结构分析和性能表征分析方法衍射电磁辐射波动。当辐射穿过一个边缘或一个小孔时，就会发生干涉。光谱根据原子或分子(或原子和分子的离子)对电磁波的吸收、发射或散射来研究原子和分子的物理过程。显微镜使用光学设备获得物体的放大图像。如扫描电子显微镜、透射电子显微镜和扫描隧道电子显微镜。吸附、解吸、热分析技术探针分子吸附和扩散、程序解吸、热分析、催化反应测试等。可以间接获得表面结构信息。X射线衍射法，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。测量晶粒尺寸：在进行XRD分析时，应注意：晶粒尺寸(任何一种粉末衍射技术都需要非常细的粉末，以确保样品辐照体积中的晶粒取向完全随机，常规晶粒尺寸为0.1 10 m)。样品的平整度(样品表面要求光滑。然而，在追求平坦度的过程中，可能会导致优先取向，这将严重影响衍射线强度的正确性)。样品的厚度(样品的厚度将导致衍射峰向更低的角度移动)。吸附分析，即吸附物质集中在两相界面上的现象。具有吸附剂吸附能力的固体物质(如分子筛)吸附剂吸附的物质(如氮气)通常采用氮气、氩气或氧气作为吸附质来测量多孔物质的比表面积、孔容、孔径和分布。结晶度主要用于测量微孔表面性质(亲水性和疏水性)，介孔和大孔材料分析，吸附平衡等温线IUPAC分类，微孔材料(大多数沸石和类沸石分子筛)在一定条件下为型，超微孔固体吸附平衡等温线为型介孔材料大多呈现型吸附平衡等温线大孔材料吸附平衡等温线为型滞后现象：吸附-解吸不完全可逆，吸附-解吸等温线不重合。图1吸附等温线分类、相对压力、吸附量、滞后现象，图2滞后环分类，H1:圆柱形细长孔道，孔径分布窄而均匀，由大小均匀的球形颗粒堆积而成的孔H2:小嘴大腔的墨水瓶形孔道H3和H4:狭缝形孔道，形状大小均匀的孔呈H4滞后环，不均匀的孔呈H3滞后环。此外，它还包括：电子显微镜、核磁共振、红外光谱、热分析、介孔材料、介孔材料、有序介孔材料，一类孔径范围为2-50纳米、孔排列规则、孔径均匀的特殊材料，其特点是比表面积大(一般大于1000m2/g)、孔径均匀、孔径范围宽介孔材料的分类，硅基介孔材料，非硅基介孔材料，根据化学组成，根据介孔是否有序，无定形(无序)介孔材料，有序介孔材料，有序介孔材料的优点，高度有序的孔结构；孔径是单一的，可以在很宽的范围内调节。通过优化合成条件和后处理，可以提高热稳定性和水热稳定性。高比表面积、高孔隙率；广阔的应用前景(高分子催化、生物过程、选择性吸附、功能材料等。)。如何合成介孔材料？合成方法：室温合成、微波合成、湿胶焙烧、相变、溶剂挥发和非水体系合成，基本合成过程以表面活性剂为模板剂，以其超分子结构为模板，通过溶胶-凝胶过程，在无机物和有机物界面的引导下，自组装成孔径为2-50纳米、孔径分布窄、孔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区别在于所用的模板不同(传统的沸石或分子筛合成使用单一的有机小分子或金属离子作为模板)。介孔材料的制备主要包括三个步骤：(1)溶液中的表面活性剂与硅酸物种(或其他无机物种)反应生成相对可变的、具有有序结构的松散有机-无机复合物；(2)继续反应(低温、室温或水热处理)以提高无机物种的缩聚程度和复合产品结构的稳定性，复合产品可能发生相变；(3)焙烧或溶剂萃取去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。由表面活性剂产生的溶致液晶被用作形成MCM-41结构的模板剂。表面活性剂液晶相在加入无机反应物之前形成。具有亲水和疏水基团的表面活性剂(有机模板)首先在水体系中形成球形胶束，然后形成棒状胶束(柱状)。协同机制类似于液晶模板机制。据信由表面活性剂产生的液晶用作形成MCM-41结构的模板剂，但表面活性剂的液晶相是在加入无机反应物后形成的。无机离子与表面活性剂相互作用，以自组装方式排列成六方有序液晶结构。以介孔材料为例，二维六方结构：MCM-41，SBA-15 MCM-413360M41S，介孔家族中最重要的成员，其孔结构呈有序的“蜂窝状”，孔径在1.5 10 nm范围内变化，最常见的约为4nm，比表面积为1000m2/g，孔体积高于0.7 cm3/g与MCM-41不同，它的孔径可以在4.6 30纳米范围内变化，壁厚为3.1 6.0纳米，并且具有很高的热稳定性。立方孔结构：MCM-48，FDU-5，MCM-48(孔道)，MCM-41，MCM-48(孔壁)，MCM-50，图3M41S系列介孔材料结构图。层状相MCM-50，六方相MCM-41，立方相MCM-48，图4M41S系列介孔材料透射电镜图。硅基介孔材料的稳定化，传统方法制备的MCM-41和MCM-48具有较高的热稳定性，但水热稳定性较低。提高介孔材料稳定性的方法：提高硅酸盐孔壁的缩聚度，提高材料的水热稳定性；表面改性，建立保护层，减少与水的直接作用；增加孔壁厚度，提高稳定性(厚孔壁减少不完全缩合硅物种的数量)；改变孔壁的结构和组成；还有。提高热稳定性。溶液的酸碱度对介孔相的形成有很大的影响，尤其是介孔材料的孔道形状和排列特征。有机添加剂非极性有机物质如三甲苯可以进入胶束的中心部分，起到扩大孔径的作用。无机盐的加入可以有效地拓宽合成范围(如温度、表面活性剂浓度等)。)。随着介孔材料组成的膨胀，非硅介孔材料的稳定性通常比硅基材料低得多。如何提高非硅介孔材料的稳定性？(1)燃烧前，进行温和的水热处理以增强无机端；(2)采用ABC模板剂增加无机墙体厚度；(3)缓慢或逐步加热，并控制加热速度、气氛等。(4)加热前洗涤除去部分模板剂；使用添加剂减缓无机壁的结晶，如阳离子或矿物阴离子。钛掺杂介孔分子筛可以改善微孔钛硅酸盐催化剂的催化环境，打破无机骨架的尺寸限制，为催化有机大分子底物提供可能。其他金属元素掺杂包括硼、镓、铜、铁、钴、钒、锰、锡、铬、钼、钨、锆、铌等元素。金属元素掺杂的二氧化硅介孔材料，除金属元素掺杂的二氧化硅介孔材料外，还包括：有机-无机杂化材料金属氧化物介孔磷酸盐半导体材料介孔碳金属。在有机-无机杂化材料中，既有无机组分又有有机组分，无机组分提供了机械稳定、热稳定或结构稳定的聚合框架。然而，有机基团与无机相结合可以很容易地对材料表面进行改性，改善材料的织构特性。介孔材料的应用，介孔材料的应用，化工、生物、医药、环保、功能材料、催化剂、载体、化学分离、聚合物合成、酶分离、蛋白质、细胞/DNA、控释药物等领域。减少有机废物、气体吸附剂、汽车尾气处理、水质净化等。储能材料、复合发光传感材料等.介孔材料研究面临的主要问题是，大多数新型介孔分子筛合成路线复杂，成本高，存在一些技术问题，因此无法工业化。因此，对这一特性的研究应继续进行：寻找廉价