發(fā)布時(shí)間：2018-02-09 11:09

  本文關(guān)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(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)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(jié)構(gòu)、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(nèi)可調(diào)的孔徑及可以調(diào)變的酸／堿活性位等優(yōu)點(diǎn),在離子交換、大分子的催化轉(zhuǎn)化、氣體的吸附與分離、主客體組裝以及納米反應(yīng)器等領(lǐng)域存在著廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定,高溫焙燒過程容易造成其介孔結(jié)構(gòu)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(diǎn)和較高的合成成本均嚴(yán)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(shí)際應(yīng)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(jìn)行物理及化學(xué)改性,在提高其介觀結(jié)構(gòu)有序性、高溫?zé)岱�(wěn)定性及增大比表面積和孔體積的同時(shí),使其表面富含適宜的酸、堿活性中心,并對其相對含量進(jìn)行調(diào)變的研究少見文獻(xiàn)報(bào)道。鑒于此,本文以尋求簡單、易重復(fù)、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(biāo),針對溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝及溶劑熱處理過程對介孔氧化鋁材料結(jié)構(gòu)再構(gòu)、生長、聚合及性能的重要影響,通過深化認(rèn)識(shí)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(jié)構(gòu)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(diào)變機(jī)理。通過合成和表征得到如下結(jié)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(fù)性,進(jìn)而可有效抑制其親核反應(yīng)的發(fā)生。通過優(yōu)化共自組裝條件及選擇性地引入有機(jī)羧酸,可有效控制鋁、鋯前驅(qū)體的水解一聚合速率,增加鋁、鋯物種的羥基含量,促進(jìn)二者在模板劑膠束親水嵌段界面上進(jìn)行有效共自組裝,最終達(dá)到提高氧化鋁介觀結(jié)構(gòu)有序度和增大比表面積的目的。此時(shí),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(jìn)所得材料孔壁中鋁物種的交聯(lián)程度,增大孔壁中四、五配位骨架鋁的相對含量,兼具調(diào)節(jié)所得材料酸性及有效抑制孔壁中氧化鋁的燒結(jié)和相轉(zhuǎn)變以及增強(qiáng)其高溫?zé)岱�(wěn)定性的多重功效。與現(xiàn)已報(bào)道各種氧化鋁基復(fù)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(diǎn),且可在原子水平上實(shí)現(xiàn)金屬Zr、鋁物種在所得材料介孔孔壁內(nèi)的高度均勻分散。(2)在溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)及織構(gòu)性能,對此,本文通過使用自制烘箱以精細(xì)調(diào)控溶劑揮發(fā)時(shí)的溫度和相對濕度,重點(diǎn)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(jié)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(jìn)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(shí),有利于得到具有高度均一的介孔結(jié)構(gòu)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(shí),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(jià)的無機(jī)鋁源替代價(jià)格高昂且具有毒性的有機(jī)鋁源作作為合成介孔氧化鋁的前驅(qū)體。通過溶劑熱預(yù)處理的方法并適量地引入有機(jī)羧酸(檸檬酸),促使合成體系中Al(H2O)63+水解反應(yīng)的向正方向進(jìn)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(jìn)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(jīng)900℃熱處理1h后,依然能夠保留高度有序的二維六方介孔結(jié)構(gòu)和均一的孔道。與之前報(bào)道的傳統(tǒng)溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)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(zhì)強(qiáng)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(jià)制備提供了新的途徑。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ133.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 楊泠;馮炫;劉應(yīng)亮;;介孔氧化鋁的制備及應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2010年01期

，

本文編號：1497793