本文關鍵詞： 有序介孔氧化鋁 共自組裝 穩(wěn)定性 溶膠—凝膠　出處：《太原理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：有序介孔氧化鋁材料因其具有高度規(guī)整的孔道結構、較大的比表面積和孔體積、集中的孔分布,且在1.5-30 nm的范圍內可調的孔徑及可以調變的酸／堿活性位等優(yōu)點,在離子交換、大分子的催化轉化、氣體的吸附與分離、主客體組裝以及納米反應器等領域存在著廣泛的應用。然而,與有序介孔氧化硅材料相比,有序介孔氧化鋁材料的合成較為困難,且其介觀相結構較不穩(wěn)定,高溫焙燒過程容易造成其介孔結構的坍塌,致使樣品的比表面積和孔體積顯著降低。因此,較差的熱穩(wěn)定性、相對較少的酸、堿活性位點和較高的合成成本均嚴重限制了有序介孔氧化鋁材料作為催化劑、催化劑載體及吸附劑等方面的實際應用,成為制約其發(fā)展的瓶頸。大量研究表明,適量金屬雜原子的引入可有效去除氧化鋁材料表面的羥基和陰、陽離子空穴,因而可顯著提高其熱穩(wěn)定性。然而,針對金屬雜原子的引入對介孔氧化鋁材料進行物理及化學改性,在提高其介觀結構有序性、高溫熱穩(wěn)定性及增大比表面積和孔體積的同時,使其表面富含適宜的酸、堿活性中心,并對其相對含量進行調變的研究少見文獻報道。鑒于此,本文以尋求簡單、易重復、且環(huán)境友好的高熱穩(wěn)定有序介孔氧化鋁材料合成方法為目標,針對溶劑揮發(fā)誘導自組裝及溶劑熱處理過程對介孔氧化鋁材料結構再構、生長、聚合及性能的重要影響,通過深化認識自組裝過程中金屬雜原子、鋁等物種與模板劑分子之間的相互作用,深入研究了金屬雜原子的引入對介孔氧化鋁的結構修飾、骨架支撐及對介孔孔壁中酸／堿酸活性中心相對含量的調變機理。通過合成和表征得到如下結論：(1)在自組裝過程中,引入適量金屬Zr原子,因其相對較小離子勢可有效降低鋁物種的電負性,進而可有效抑制其親核反應的發(fā)生。通過優(yōu)化共自組裝條件及選擇性地引入有機羧酸,可有效控制鋁、鋯前驅體的水解一聚合速率,增加鋁、鋯物種的羥基含量,促進二者在模板劑膠束親水嵌段界面上進行有效共自組裝,最終達到提高氧化鋁介觀結構有序度和增大比表面積的目的。此時,氧化鋁介孔骨架中Zr物種的引入及Zr-O-Al鍵的形成可有效促進所得材料孔壁中鋁物種的交聯程度,增大孔壁中四、五配位骨架鋁的相對含量,兼具調節(jié)所得材料酸性及有效抑制孔壁中氧化鋁的燒結和相轉變以及增強其高溫熱穩(wěn)定性的多重功效。與現已報道各種氧化鋁基復合介孔材料合成方法相比較,本文提出的一步共自組裝法具有操作簡單、高效等特點,且可在原子水平上實現金屬Zr、鋁物種在所得材料介孔孔壁內的高度均勻分散。(2)在溶劑揮發(fā)誘導自組裝過程中,溶劑揮發(fā)速率將顯著影響到所得介孔氧化鋁材料的結構及織構性能,對此,本文通過使用自制烘箱以精細調控溶劑揮發(fā)時的溫度和相對濕度,重點考察了溶劑揮發(fā)條件對介孔氧化鋁材料合成的影響。XRD及氮吸附表征結果顯示,與相對濕度相比,溫度將直接決定溶劑揮發(fā)的速率,進而決定了有序介孔氧化鋁材料能否成功合成�？刂迫軇⿹]發(fā)溫度在45℃時,有利于得到具有高度均一的介孔結構和較大的比表面積及孔體積的有序介孔氧化鋁材料。此外,在此揮發(fā)溫度下,控制相對濕度為50%時,所得樣品具有更大的介孔孔徑、比表面積和孔體積。(3)為降低介孔氧化鋁的合成成本,我們嘗試采用廉價的無機鋁源替代價格高昂且具有毒性的有機鋁源作作為合成介孔氧化鋁的前驅體。通過溶劑熱預處理的方法并適量地引入有機羧酸(檸檬酸),促使合成體系中Al(H2O)63+水解反應的向正方向進行,以生成更多的Al-OH物種用于與模板劑膠束親水嵌段間通過氫鍵作用進行自組裝,最終成功得到了高度有序的介孔氧化鋁材料。所得樣品在經900℃熱處理1h后,依然能夠保留高度有序的二維六方介孔結構和均一的孔道。與之前報道的傳統(tǒng)溶劑揮發(fā)誘導自組裝法相比,本文提出的合成方法簡單易行,且合成過程中未使用任何礦物質強酸(濃鹽酸或濃硝酸),從而為高穩(wěn)定有序氧化鋁介孔材料的綠色廉價制備提供了新的途徑。
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【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ133.1

【參考文獻】

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1 楊泠;馮炫;劉應亮;;介孔氧化鋁的制備及應用[J];化學進展;2010年01期

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本文編號：1497793