温大新型无机材料课件05多孔材料

第5

章多孔材料5.1

多孔材料及分类多孔材料多孔材料→有很多孔的材料（里外均有孔）。

孔的两种物理结构开口孔，闭口孔（两类）孔的分类：微孔（孔径<2nm）、介孔（2nm<孔径<50nm）大孔（孔径>50nm）多孔材料的分类微孔材料、介孔材料、大孔材料第5

章

5.1多孔材料及分类

微孔硅酸钛介孔硅大孔硅藻土

5.2

微孔材料一、微孔材料的结构和特点1.沸石分子筛的构成元素

硅、铝、氧2.硅铝沸石分子筛的基本结构单元硅氧四面体[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]3.硅铝沸石分子筛的结构四面体通过桥氧连接成不同的骨架结构。第5

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5.2微孔材料4、硅铝沸石分子筛的特点（1）分子筛中形成许多有规则的孔道和空腔，阳离子定位于其中一定位置。（2）孔道和空腔中的阳离子可以被（钾、钙、稀土离子等）交换而形成不同类型的（催化和吸附性能产生较大变化）的分子筛。第5

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5.2微孔材料

二、微孔材料的合成和机理

1、分子筛的合成水玻璃+偏铝酸钠+氢氧化钠→凝胶→晶化→洗涤→离心→干燥→分子筛粉→成型→分子筛（X、A、Y型）天然粘土（高岭土）→灼烧→偏高岭土（碱性条件，100-150℃，4-6h）

→水热合成分子筛

第5

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5.2微孔材料2、分子筛转化机理（1）固相转变机理

在晶化过程中既没有凝胶固相的溶解，也没有液相直接参与沸石的成核和晶体长大。在凝胶固相中，由于硅铝酸盐骨架缩聚，重排而导致沸石的成核和晶体长大。（2）液相转变机理沸石晶体是在溶液中生长的，初始凝胶至少是部分地溶解到溶液中，形成溶液中活性的硅酸根与铝酸根离子，它们进一步连接构成沸石晶体的结构单元，逐步形成沸石晶体。（3）双相转变机理（4）液相中硅酸根与铝酸根离子聚合反应第5

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5.2微孔材料

三、微孔材料的改性

1、离子交换改性骨架外的补偿阳离子（Ca、Mg、Zn、Cd和稀土离子）的交换[沸石骨架内的阳离子的交换（Co、V、Mn、Ti、Ga）]。

2、气固相置换法（骨架置换）

a.用SiCl4脱铝（用SiCl4处理Y型分子筛，硅置换铝；置换程度取决于t、T）。

b.用光气COCl2脱铝

c.用AlCl3脱硅

d.气固相置换法合成杂原子分子筛（Ti、B、Si等引入到硅铝分子筛和铝磷分子筛的骨架中）第5

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5.2微孔材料3、液固相置换法（Si→Al，Ga→Si）

a.氟硅酸盐法（NH4SiF6

）;b.H4EDTA法（H4EDTA络合Al）；

c.沸石分子筛的镓化（Ga（镓酸盐水溶液）→Si

）四、微孔材料的应用

1、吸附分离

2、催化

3、在电子材料领域应用

沸石分子筛用在气敏、湿敏传感器方面

5.3

介孔材料一、介孔材料的特性1.中孔分子筛以表面活性剂为模板，利用溶胶-凝胶、乳化或微乳等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的一类孔径在1.3-30nm之间、孔分布窄且具有规则孔道结构的无机多孔材料。2.中孔分子筛的特征（1）具有规则孔道结构；

(2)孔分布窄且可调节；

(3)可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性；

(4)颗粒具有规则的外形，且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性。第5

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5.3介孔材料

二、介孔材料的合成和机理

1、介孔材料的合成体系和合成路线（1）合成方法：水热法、室温合成法、微波合成法、湿胶焙烧法、相转变法等。水热法

a.比较柔顺、松散的表面活性剂和无机物种的复合物的生成；

b.水热处理提高无机物种的缩聚程度和复合物结构的稳定性；

c.焙烧或溶剂抽提除掉复合物中的表面活性剂得到类似液晶结构的无机多孔骨架，即中孔分子筛。

2、介孔材料的合成机理沸石晶体是在溶液中生长的，初始至少是部分地溶解到溶液中，形成溶液中活性的硅酸根与铝酸根离子，它们进一步连接构成沸石晶体的结构单元，逐步形成沸石晶体。（3）双相转变机理（4）液相中硅酸根与铝酸根离子聚合反应第5

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5.3介孔材料

（2）介孔材料的合成体系由表面活性剂有机相、无机物种及溶剂相三部分组成。

a.无机物种无机盐、水解后产生低聚体的有机金属氧化物。

b.表面活性剂单一表面活性剂和混合体系（常用长链烷基季铵盐阳离子表面活性剂；高分子表面活性剂、带功能团的表面活性剂、粒径分布窄的聚合物乳胶小球等为新趋势）

c.溶剂通常为水（3）介孔材料的合成路线

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5.3介孔材料2、介孔材料的合成机理（1）液晶模板机理表面活性剂胶束→棒状胶束→六角相排列→硅酸盐→焙烧→分子筛（2）协同作用机理

形成表面活性剂中间相是胶束和无机物种相互作用的结果。

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5.3介孔材料

三、介孔材料的应用

1、直接作为酸催化剂用于烃类转化

2、作为载体负载金属、金属配合物和酸

3、通过同晶取代制氧化还原催化剂

4、吸附剂

5、沸石分子筛电子材料和器件设计5.4

大孔材料

一、大孔材料的特点

大孔材料分为胶凝材料和有序大孔材料胶凝材料含有无规则孔道（径）由原子团交联而形成的典型纳米孔材料。它是通过溶胶-凝胶过程控制胶体的空间网络结构，随后采用超临界干燥工艺获得的。比表面积极大、气孔率高、孔洞尺寸100纳米左右有序大孔材料气孔率高、孔径排列有序、孔径尺寸200-1000纳米可控的晶体材料。

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5.4大孔材料

二、大孔材料的合成和