本文關鍵詞：改性蛭石在乙炔氫氯化催化反應及層狀材料制備中的應用

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【摘要】：蛭石(vermiculite)是一類具有多層層狀結構的鎂鋁硅酸鹽類礦物,我國蛭石儲量豐富,且新疆尉犁且干布拉克蛭石礦為我國最大的蛭石礦床,總地質(zhì)儲量居世界第二。蛭石的特殊層狀結構使其具有良好的陽離子交換吸附性能,且具有機械性能優(yōu)異,耐磨性強,膨脹性能和隔音隔熱性能優(yōu)異等特點。然而目前蛭石僅被應用于農(nóng)業(yè)、建筑、環(huán)保等產(chǎn)值較低的行業(yè)領域中。本文中采用膨脹改性、無機酸酸改性、碳包覆改性、碳化硅改性等方法對蛭石進行改性,并將改性蛭石作為催化劑載體應用于乙炔氫氯化催化體系。同時以具備層狀結構的蛭石為模板,制備了具有高比表面積的蛭石基多孔SiO_2、SiC片層材料。實現(xiàn)了蛭石由天然礦物到先進功能材料的跨越,提高了新疆尉犁蛭石的利用價值。具體實驗內(nèi)容總結如下:(1)針對HgCl_2/活性炭催化體系易升華、耐磨性差的不足,利用蛭石可改性,陽離子交換吸附性能強、機械強度大、耐磨性強等特點,將蛭石作為載體應用于乙炔氫氯化催化體系中。為提高HgCl2/蛭石催化乙炔氫氯化催化活性的穩(wěn)定性,我們分別對蛭石載體進行膨脹改性、酸化改性、碳復合包覆改性、碳化硅改性。實驗表明,改性載體催化劑具有較好的催化活性,起始乙炔轉(zhuǎn)化率均達到90%以上,氯乙烯選擇性均在95%以上。但膨脹改性、酸化改性蛭石催化體系的穩(wěn)定性較差,90%以上轉(zhuǎn)化率的穩(wěn)定性均在200 min以下。其中,以經(jīng)過碳包覆改性蛭石作為載體的催化劑,乙炔轉(zhuǎn)化率最高達98.89%,反應10小時后乙炔轉(zhuǎn)化率仍保持在91%以上,其催化性能與活性炭載體催化劑相當。同時,蛭石基碳化硅載體催化劑的最高乙炔轉(zhuǎn)化率達到了96.9%,反應400 min后轉(zhuǎn)化率仍保持在85.8%以上,催化性能較好。(2)我們通過對比改性蛭石載體催化劑的催化性能及相關表征分析,歸納總結得出改性蛭石催化劑穩(wěn)定性差的原因主要為:蛭石成分中的SiO_2成分,催化劑熱穩(wěn)定性差,積炭和催化劑載體導電導熱性能差等。其中SiO_2對催化劑壽命影響最大,這為提高催化劑壽命提供了參考。(3)利用蛭石的層狀結構,以蛭石為模板制備層狀新型材料的研究中,采用簡便的一步法酸洗法,成功地制備了一種多納米薄層狀超微孔二氧化硅納米篩材料。該層狀納米篩材料的SiO_2純度達到99.9%,比表面積為505 m2/g,平均孔徑為1.81 nm,孔容為0.406 cm3/g,薄層厚度為5.5 nm。同時,以蛭石基層狀SiO_2納米篩為硅源,按照形貌記憶合成的思路,分別采用微波法和低溫鎂熱法制備了高比表面積的層狀SiC材料。采用微波法,我們在SiO_2:C質(zhì)量比5:3,Ar氣氛,1500oC加熱2 h的條件下制備得到了多孔片層狀的晶型β-SiC材料,其比表面積分達到了153.8 m2/g。采用低溫鎂熱法,我們在SiO_2:C:Mg=1:2:4,Ar氣氛中,600oC恒溫5 h的條件下,同樣成功制備了晶型β-SiC材料。形貌表征表明,該SiC材料同樣為多層層狀結構,每層具有較大孔洞,其比表面積達到131.6 m2/g。
【關鍵詞】：蛭石 改性蛭石載體 乙炔氫氯化 超微孔層狀二氧化硅 層狀碳化硅
【學位授予單位】：石河子大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文獻綜述10-22
• 1.1 蛭石簡介10-12
• 1.1.1 蛭石的化學組成與結構10-11
• 1.1.2 蛭石的性能及應用11-12
• 1.2 蛭石的改性方法及研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 膨脹改性12-13
• 1.2.2 酸活化改性13-14
• 1.2.3 有機改性14
• 1.3 蛭石作為催化劑載體的應用研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 乙炔氫氯化工藝及其催化劑簡介15-16
• 1.5 乙炔氫氯化反應催化劑載體研究進展16-18
• 1.6 介孔氧化硅材料研究發(fā)展概述18-19
• 1.6.1 介孔二氧化硅材料的簡介18
• 1.6.2 介孔二氧化硅材料的制備18
• 1.6.3 超微孔氧化硅材料的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.7 碳化硅材料研究發(fā)展概述19-21
• 1.7.1 碳化硅材料簡介19
• 1.7.2 碳化硅材料的用途19
• 1.7.3 碳化硅材料的制備方法19-21
• 1.8 本論文的選題依據(jù)與研究內(nèi)容21-22
• 1.8.1 選題依據(jù)21
• 1.8.2 研究內(nèi)容21-22
• 第二章 實驗部分22-26
• 2.1 實驗原料22
• 2.2 實驗儀器22-23
• 2.3 材料的表征手段23-24
• 2.4 催化劑性能評價24-26
• 2.4.1 催化劑性能評價裝置圖24
• 2.4.2 產(chǎn)物分析方法及催化性能評價指標24-26
• 第三章 改性蛭石載體在乙炔氫氯化催化體系中的應用26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 實驗部分26-28
• 3.2.1 膨脹改性蛭石制備及膨脹度測定26-27
• 3.2.2 酸改性膨脹蛭石制備27
• 3.2.3 碳包覆改性蛭石制備27
• 3.2.4 蛭石基碳化硅載體制備27
• 3.2.5 催化劑的制備27-28
• 3.3 結果與討論28-42
• 3.3.1 膨脹蛭石載體制備及其催化性能的評價28-32
• 3.3.2 酸改性蛭石載體制備及其催化性能的評價32-37
• 3.3.3 碳包覆改性蛭石制備及其催化性能的評價37-40
• 3.3.4 蛭石基碳化硅載體制備及其催化性能的評價40-42
• 3.4 小結42-44
• 第四章 改性蛭石載體催化劑乙炔氫氯化反應失活原因分析44-50
• 4.1 引言44
• 4.2 實驗部分44
• 4.3 結果與討論44-49
• 4.3.1 催化體系穩(wěn)定性差導致催化劑失活44-45
• 4.3.2 積碳導致催化劑失活45-47
• 4.3.3 蛭石化學成分導致催化劑失活47-48
• 4.3.4 導熱導電性能差導致催化劑失活48-49
• 4.4 小結49-50
• 第五章 改性蛭石在制備層狀材料中的應用50-64
• 5.1 引言50-51
• 5.2 實驗部分51-52
• 5.2.1 蛭石基層狀超微孔SiO_2納米篩材料的制備51
• 5.2.2 微波熱還原法制備蛭石基SiC材料51-52
• 5.2.3 鎂熱還原法制備石基SiC材料52
• 5.3 結果與討論52-62
• 5.3.1 蛭石基層狀超微孔SiO_2納米篩材料的制備52-56
• 5.3.2 蛭石基SiC材料微波熱還原法的制備56-59
• 5.3.3 蛭石基SiC材料鎂熱還原法的制備59-62
• 5.4 小結62-64
• 第六章 結論與展望64-66
• 6.1 結論64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻66-73
• 致謝73-74
• 作者簡介74-75
• 導師評閱表75

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本文編號：659726