介孔分子筛
介孔分子筛的合成机理及孔径调节的方法
介孔分子筛的合成机理及孔径调节的方法摘要：介孔分子筛因其具有一系列独特性质而成为近年来材料研究的热点。
对介孔分子筛的分类、合成机理及孔径的调节方法进行了简要的介绍。
关键词：介孔分子筛；合成机理；孔径的调节中图分类号：O643 文献标志码：A 文章编号：1671-7953(2009)02-0110-03介孔分子筛是指以表面活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶、乳化或微乳化等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用合成的一类孔径在2-50nm之间、孔径分布窄，且具有规则孔道结构的无机多孔材料。
1 介孔分子筛的分类介孔分子筛根据化学组成和介孔的有序性不同有以下分类方法。
1.1 按照化学组成分类按化学组成可分为硅基和非硅基组成介孔分子筛两大类，后者主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等，由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔分子筛开辟新的应用领域，展示出硅基介孔分子筛所不能及的应用前景。
但非硅组成的介孔分子筛热稳定性较差，经过煅烧，孔结构容易坍塌，且比表面积、孔容均较小，合成机制还欠完善，不及硅基介孔分子筛研究活跃［1］。
1.2 按照介孔是否有序分类按介孔有序性可分为无序介孔分子筛和有序介孔分子筛。
有序介孔分子筛是利用有机分子-表面活性剂作为模板剂，与无机源进行界面反应，以某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体，通过煅烧或萃取方式除去有机物质后，保留下无机骨架，从而形成多孔的纳米结构材料，在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值［2］。
2 介孔分子筛的主要合成机理介孔材料出现后，人们提出许多机理解释介孔材料的形成，为各种合成路线提供理论基础。
在各种机理中，有一个共同的特点是：溶液中的表面活性剂引导溶剂化的无机前驱体形成介孔结构。
这些表面活性分子中存在亲水基和疏水基，为减少不亲和基之间的接触，溶液中表面活性剂分子通过自组装的方式聚集起来形成胶束，以降低体系的能量［3］。
有序介孔分子筛材料
有序介孔分子筛材料
有序介孔分子筛材料是一种具有有序介孔结构的分子筛材料。
它们具有较高的比表面积和孔体积，能够提供更大的表面反应活性区域和更好的质量传递性能。
这些材料具有均匀的孔道尺寸和分布，能够控制分子的扩散和吸附行为，因此具有重要的应用潜力。
有序介孔分子筛材料通常基于柱状硅酸盐结构，通过模板剂方法制备。
在合成过程中，有机表面活性剂被用作模板剂，调控孔道的尺寸和形貌。
合成后，利用高温烧结等方式去除模板剂，得到有序介孔结构。
有序介孔分子筛材料在催化、吸附、分离等领域具有广泛应用。
例如，它们可以用于催化剂的负载，增加活性组分的分散度和接触程度，提高催化反应的效率。
此外，它们还可以用于分子吸附和分离过程中的分子筛材料，由于其较大的孔道尺寸，在分离和富集目标物质时具有较好的选择性和效率。
总之，有序介孔分子筛材料是一类重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
它们通过控制孔道结构和尺寸，能够优化催化、吸附和分离等过程，为相关领域的研究和应用提供了新的机会。
酸性介质中介孔分子筛
酸性介质中介孔分子筛MCM-41的合成与表征一、实验目的介孔分子筛材料研究是目前材料科学和催化化学研究的一个热点。
通过本实验了解MCM-41分子筛材料准备的方法，掌握水热合成法准备介孔分子筛MCM-41的原理和过程，掌握分子筛材料的表征方法。
二、实验原理狭义上讲，分子筛(molecular sieves)是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性（图1，图2 为分子筛透射电镜照片可以清晰看到孔径大小）。
根据IUPAC 的定义，孔道的尺寸范围在2 nm以下的物质称为微孔(microporous)，具有规则的微孔孔道结构的物质称为微孔化合物或分子筛，如天然微孔的硅铝酸盐即天然沸石(zeolite），人工合成沸石分子筛(如NaY型沸石、大孔丝光沸石、L型沸石、毛沸石、斜发沸石等)，TS-1分子筛等并将它们应用于气体的吸附分离与净化，石油炼制与石油化工中众多的催化过程以及在离子交换等领域。
孔道尺寸范围在 2 ~ 50 nm 间的物质称介孔(mesoporous)，具有有序介孔孔道结构的物质称为介孔材料(mesoporous materials)如：MCM-41（Mobil composite of matter）、MCM-48、MCM-50、ZSM-5、FSM-16、SBA-1（University of California, Santa Barbara）、SBA-5、SBA-15、HMS（hexagonal mesoporous silica）、MSU-n及MAS-7等。
孔道的尺寸大于50 nm的就属于大孔（macroporous）如：用乳浊液作为模板剂，利用溶胶中凝胶过程在乳浊液满外表面沉积无机氧化物，可以得到孔径尺寸从50 nm到几个微米的大孔材料．油在甲酰胺中形成的乳浊液液滴大小相同，适于做模板剂，高分Figure 1 介孔分子筛结构示意图Figure 2 TEM子化合物(聚乙二醇和聚丙二醇的三段共聚物)能够稳定这种乳浊液，使用这个方法已经成功地得到了氧化钻，氧化硅、氧化铬大孔材料，材料的孔呈微球形(大笼)。
介孔分子筛
介孔分子筛介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料。
介孔材料的研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意义。
它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。
它的诱人之处还在于其在催化，吸附，分离及光，电，磁等许多领域的潜在应用价值。
介孔材料的分类按照化学组成分类，介孔材料一般可分为硅系和非硅系两大类。
硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。
硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。
硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。
进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。
杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置，不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质，例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。
非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。
由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。
例如：铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐(silicon-aluminophosphate，SAPOs)、架构中引入二价金属的铝磷酸盐(metal-substituted AIPOs，MAPOs)已广泛应用于吸附、催化剂负载、酸催化、氧化催化（如甲醇烯烃化、碳氢化合物氧化）等领域。
内表面积大和孔容量高的活性炭，由于具有高的吸附量以及可从气液中吸附不同类型的化合物等特性已成为主要的工业吸附剂。
此外介孔碳制得的双电层电容器材料的电荷储量高于金属氧化物粒子组装后的电容量，更是远高于市售的金属氧化物双电层电容器。
二氧化钛基介孔材料具有光催化活性强、催化剂载容量高的特点，其结构性能和表征方面的研究颇多。
介孔分子筛的合成与表征
介孔分子筛的合成与表征摘要本文采用软模板法合成硅模板，然后采用硬模板法合成介孔碳模板，并用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜仪（SEM）、透射电镜仪（TEM）、BET法测定分子筛的介孔结构、晶体结构、表面形貌、粒径分布、孔径分布和比表面积。
实验结果表明软模板法合成的多面体SBA-16、球形SBA-16、棒形SBA-15、球形SBA-15以及SSP均有高度发达的有序孔结构，比表面积大，孔径分布较为均匀。
以这些硅模板合成的碳模板，不仅具有规整的结构而且比表面积远大于硅模板，其中由多面体SBA-16合成的碳模板的比表面积最大，其值为1600 m2/g，而且孔道规整，表明模板法实质就是板变孔道的过程。
关键词：硅模板、碳模板、介孔分子筛表征、模板水热合成法。
AbstractMesoporous silica and mesoporous carbon were synthesized using the template method and characterized by means of techniques such as X-ray diffraction (XRD), BET, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM).The experimental results indicated that the synthesized mesoporous silica and mesoporous carbon possessed well-defined ordered pore structures and mesoporous SBA-16 surface areas above 1600 m2/g.Keywords: silica template , carbon template, mesoporous molecular sieve characterization，templating hydrothermal synthe一、绪论（一）课题背景多孔材料由于具有较高的比表面积，长期以来广泛应用于吸附、催化和分离等领域。
钛硅介孔分子筛的制备及应用的开题报告
钛硅介孔分子筛的制备及应用的开题报告
一、选题背景
分子筛是一种具有高度有序孔道结构的三维网状化合物，其特点是
表面积大、可控孔径、孔形规则等优点。
其中，介孔分子筛是一种孔径
在2-50纳米之间的分子筛，具有高度的孔道可控性和广泛的应用前景。
钛硅介孔分子筛是一种钛硅颗粒作为主体结构的介孔分子筛，由于其孔
径和孔道壁的可控性，具有很高的催化活性和选择性，是一种重要的催
化材料。
二、研究目的
本课题将以钛硅介孔分子筛的制备及其应用为研究对象，通过对其
合成方法、表征以及催化性能的分析研究，探讨其在环境治理、催化反
应等方面的应用前景。
三、研究内容
1. 钛硅介孔分子筛的制备方法研究：介绍现有的合成方法，包括溶
胶-凝胶法、硬模板法、软模板法等，总结各种方法的优缺点及适用范围，选择适合本课题研究的制备方法。
2. 钛硅介孔分子筛的表征研究：包括对介孔分子筛的结构、孔径、
比表面积等进行表征，运用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等方法，对制备的介孔分子筛进行表征分析。
3. 钛硅介孔分子筛的催化性能研究：将制备好的介孔分子筛应用于
有机合成反应，通过催化反应结果分析介孔分子筛的催化性能，探讨其
在环境治理、催化反应等领域中的应用前景。
四、研究意义
本课题的研究将为介孔分子筛的制备及应用提供新的思路和方法，
不仅可以为环境治理和化学催化领域提供新的材料选择和技术方案，还
可以为介孔分子筛的研究和应用提供新的思路和方法，具有重要的理论和实际意义。
学生实验八介孔分子筛的制备及其催化性质
介孔分子筛的制备及其对羟化反响的催化性质的研究一．实验目的：1.了解介孔分子筛的根本知识及合成机理；2.掌握介孔分子筛的一般合成过程及其构造特征；3.了解介孔分子筛的功能性质二．实验原理：介孔分子筛是指孔径在2～50nm的分子筛，通常是以外表活性剂为模板剂,利用溶胶-凝胶(Sol-gel)、乳化(emulsion)或微乳(microemulsion)等化学过程制备的，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2～50ｎｍ之间、孔分布窄且具有规则孔道构造的无机多孔材料。
它的出现以1992年Mobil公司的研究人员首次使用烷基季铵盐型阳离子外表活性剂为模板剂成功地合成出MCM-41型介孔分子筛为标志。
有序介孔材料之所以引人注目在于它具有一些其它多孔材料所不具备的特性：1〕具有高度有序的孔道构造，基于微观尺度上的高度孔道有序性；2〕孔径呈单一分布，且孔径尺寸可以在很宽的*围内调控〔1.3-30nm〕3) 可以具有不同的构造、孔壁组成和性质，介孔可以具有不同的形状；4〕经过优化合成条件或后处理，可以具有很好的热稳定性和水热稳定性；5〕无机组分的多样性；6〕高比外表，高孔隙率；7〕颗粒可能具有规则外形，可以具有不同形体外貌，并且可以控制；8〕在微构造上，介孔材料的孔壁多为无定形，这与微孔分子筛的有序骨架构造有很大的差异。
无定形的介孔材料具有较低的水热稳定性，现在已经有多种改善的方法。
MCM-41的一般合成过程为将外表活性剂和无机硅源混合溶液置于反响釜中水热晶化一段时间,过滤、洗涤、枯燥,再通过焙烧或萃取除去模板剂,就得到了有序介孔分子筛. 其原理是以外表活性剂形成的超分子构造为模板,利用溶胶- 凝胶技术,通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在1.5 nm 至约30nm 之间，孔径分布窄且有规则孔道构造的无机多孔材料，其过程如下列图：图1 介孔分子筛的合成过程示意图介孔分子筛的构造和性能介于无定形无机多孔材料(如无定形硅铝酸盐)和具有晶体构造的无机多孔材料(如沸石分子筛)之间，其主要特征为具有规则的孔道构造；比外表积大，可高达2000ｍ2/ｇ；孔径分布窄，且在2～50 nｍ之间可以调节；经过优化合成条件或后处理,可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性；颗粒具有规则外形，且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性。
分子筛的种类资料
分子筛的种类资料分子筛是一种具有特定孔径和孔隙结构的固体材料。
它可以通过选择适当的材料和制备方法来调控其孔径和孔隙结构，从而实现对分子尺寸和形状的选择吸附和分离作用。
下面将详细介绍几种常见的分子筛种类。
1. 无定形分子筛（Amorphous molecular sieve）无定形分子筛是一种由无定形固体或有机高分子材料构成的分子筛材料。
它的优点是具有高度可控的孔结构和分子选择性，同时还具有较高的热稳定性。
这种材料可以通过裁剪和调控无定形材料的形状和尺寸来得到特定的输出孔径和孔隙结构。
2. 沸石（Zeolite）沸石是一种具有特殊孔径和孔隙结构的天然或人造硅铝酸盐矿物，属于骨架型结构。
它具有高度有序的孔隙结构，可以提供高度选择性的吸附和分离效果。
沸石广泛应用于催化剂、吸附剂和分离材料等领域。
根据其孔径大小的不同，沸石可以分为A型沸石、X型沸石、Y型沸石等多种类型。
3. 介孔分子筛（Mesoporous molecular sieve）介孔分子筛是一种具有较大孔径（2-50纳米）的分子筛材料。
相比于传统的沸石，介孔分子筛具有更大的孔径和更高的孔隙度，因此具有更高的负载能力和传质速率。
这种材料常用于催化剂和吸附剂等领域。
4. 金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）金属有机框架材料是一种由金属离子或簇与有机配体形成的网状结构材料。
MOFs具有高度可调控的孔径和孔隙结构，可通过选择合适的有机配体和金属离子来调节其物理和化学性质。
这种材料具有极高的表面积和吸附能力，广泛应用于气体分离、催化剂和药物储存等领域。
5. 炭分子筛（Carbon molecular sieve）炭分子筛是一种由碳材料构成的分子筛材料。
它可以通过选择合适的碳材料和制备条件来调节其孔径和孔隙结构，从而实现对分子的选择性吸附和分离作用。
炭分子筛具有较高的化学和热稳定性，常用于气体分离和催化反应等领域。
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损失过大，准确性更差。 • 煅烧过程很重要，煅烧时高温会激发活性，但过高的温度会烧死，温度确
定？可以适当高于550℃。 • 针对负载不同的金属，是否对介孔的孔径有要求，可以通过控制介孔孔径
制备碱性SBA-15，以确定最佳的孔径大小。
H2O+HCl+P123+40℃搅拌2小时 缓慢滴加TEOS 在35℃搅拌24小时
在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压釜内晶化24h 抽滤，烘干
程序升温至550℃，焙烧5小时 SBA－15
其中：P123:H2O:HCl(2M):TEOS=2:15:60:4.25
制备SBA-15原粉时存在的问题以及总结：
第一步中选用低浓度P123，低浓度组装速率 低，有利于有序度的提高，但需高于CMC,温
H20+HCl+P123+35℃搅拌30分钟 缓慢滴加TEOS，再加入含金属粒子的溶液
继续搅拌24h，得乳白悬浊液 在自压釜内晶化24h 抽滤、烘干
含金属粒子的SBA－15原粉 程序升温至550℃，焙烧5小时
掺杂金属粒子的SBA－15
制备SBA－15
XRD SEM BET 核磁 Ca/SBA－15
度要求高于室温即可，采用快搅，旨在溶解 P123。 水热反应，温度要求在CMT和CP之间，同样 要求低温，因此选用35℃ 反应釜晶化，形成粒径较大的晶体，时间越长 越好。温度在100℃即可 抽滤优于过滤，过滤时容易结块。 马弗炉煅烧旨在烧掉P123，使其形成介孔， 选用550℃，但温度过高又使介孔结构破坏， 同样，采用程序升温防止其结构破坏。
K/SBA－15
皂化值 酸值
地沟油
比
较
皂化值 酸值
纯化
纯化地沟油
生物柴油
脱胶 脱色
地沟油纯化过程：
• 首先对地沟油脱胶脱色，脱胶除去磷脂，脱色防止催化剂 中毒。
• 对滴定过程中需要的标准溶液配制，以及标定，通过滴定 获得中性乙醇。
• 对地沟油通过滴定进行酸值和皂化值的测定，最终计算油 的相对分子质量。
生物柴油的制备阶段：
• 反应阶段，通过以上测定得出的地沟油相对分子质量，加 入适当摩尔比的甲醇，水浴加冷凝管反应。
• 负压蒸馏甲醇 • 抽滤催化剂 • 分液漏斗出去甘油
最终损失过多，现有试验仪器无法得到很高的柴油 产率
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重在探讨水热反应机理
在SBA-15上负载碱为一般有两种方法：一部合成和分部 合成。
分部合成即将已合成的SBA-15原粉浸渍在一定浓度 的溶液中再通过煅烧，最终形成负载碱位的SBA-15。
分部合成中存在以下得一些问题： • 首先负载机理不是很明确，是替代？还是在孔洞内附着？很多文献上模棱
两可。 • 由于负载机理的不明确，在制备K/SBA-15时，KNO3的浓度过高会破坏介