各类介孔分子筛

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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

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]。

各类介孔分子筛

各类介孔分子筛

1介孔分子筛Mesoporous Materials1、什么是介孔分子筛?国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)的定义:介孔材料就是孔径在 2-50 nm 的材料,介孔就是介于微孔和大孔之间。

23<2nm 2-50nm41992 年,Mobil 的科学家们(Kresge等)制备出孔道均匀、孔径可调的介孔M41S,该材料包括: MCM-41;MCM–48;MCM-50;MCM 为 Mobil 公司合成的孔材料的系列名称, M obil C omposite of M atter-美孚合成的物质5molecular sieves science and technologySynthesis Vol.1 1998SpringerThe Synthesis and Properties of M41S and Related Mesoporous MaterialsC.T.Kresge分子筛与多孔材料化学-徐如人678MCM-41MCM –41 exhibits an X-ray diffraction pattern (XRD)containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)that can be indexed to an hexagonal hk0 latticeThis particular sample has a unit cell of approximately 46 Å9透射电镜 transmission electron micrograph (TEM) the uniform honey-comb like structureLattice Image MCM-41Possible Structure MCM-41属于六方相含有规则的二维孔道阵列,MCM-41用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂,孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化10111213MCM-48The X-ray diffraction pattern consists of several peaks that can be assigned to the Ia3d space group.14MCM-4815MCM-48The structure of MCM –48 has been proposed to be bicontinuous with a simplified representation of two infinite three-dimensional,mutually intertwined, unconnected networks of rods as initiallyproposed by Luzzatti1617MCM-5018MCM-5019MCM-50202122232、介孔分子筛分类24The M41S familyhexagonal unit cellMCM–41 (two dimensional, p6m),cubic structuresMCM–48 (three dimensional, Ia3d)lamellar structuresMCM–50 which is a post-stabilized lamellar material.25FSM-16 :使用与M41S家族相同的模板剂用层状kanimite 为原料制备与 MCM-41 结构相似FSM代表F olded S heets M esoporous Material261995在中性条件下,以伯胺为模板剂,依靠氢键相互作用,合成出规则孔道,孔壁较厚的HMS;用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂,在中性条件下,合成了MSUHMS 代表H exagonal M esoporous S ilica;MSU 代表M ichigan S tate U niversity material27突破了只依靠正负电荷的相互作用合成介孔分子筛的方法,把氢键作用的思维引入到介孔分子筛合成使介孔分子筛的合成思路得到拓宽。

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
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。

介孔分子筛

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。

分子筛结构类型及其典型材料

分子筛结构类型及其典型材料

分子筛结构类型及其典型材料分子筛是一类具有特定孔径和结构的固体材料,可以用于分离、吸附、催化等领域。

根据其结构类型的不同,分子筛可以分为多种类型,每种类型都有其典型的材料。

一、沸石型分子筛沸石型分子筛是最常见的一类分子筛,其结构由SiO4和AlO4四面体通过氧原子连接而成。

沸石型分子筛具有丰富的孔道结构,可以通过调节合成条件来控制其孔径和孔隙度。

其中,典型的沸石型分子筛材料包括ZSM-5、MCM-22等。

ZSM-5是一种具有中等孔径的沸石型分子筛,其孔径约为0.54纳米。

由于其孔径适中,ZSM-5可以用于分离分子尺寸较小的物质,如甲烷和乙烷。

此外,ZSM-5还具有良好的催化性能,在石油化工领域广泛应用于催化裂化等反应中。

MCM-22是一种具有大孔道结构的沸石型分子筛,其孔径约为0.72纳米。

由于其孔径较大,MCM-22可以用于吸附和分离分子尺寸较大的物质,如有机染料。

此外,MCM-22还具有良好的酸性质,可用作酸催化剂。

二、介孔型分子筛介孔型分子筛是一类具有较大孔径的分子筛,其孔径通常大于2纳米。

介孔型分子筛的结构类似于海绵,具有较大的比表面积和孔容,可用于吸附和催化反应。

典型的介孔型分子筛材料包括MCM-41、SBA-15等。

MCM-41是一种具有有序孔道结构的介孔型分子筛,其孔径可以通过调节合成条件在2-10纳米之间变化。

MCM-41具有高度有序的孔道排列,比表面积较大,可用于吸附和分离分子尺寸较大的物质。

此外,MCM-41还具有良好的催化性能,在催化反应中有广泛应用。

SBA-15是一种具有较大孔径和孔容的介孔型分子筛,其孔径可以通过调节合成条件在4-30纳米之间变化。

SBA-15具有非常高的孔容和比表面积,可用于吸附和分离大分子化合物,如蛋白质和DNA。

此外,SBA-15还具有良好的化学稳定性和催化性能。

三、其他类型的分子筛除了沸石型和介孔型分子筛外,还有一些其他类型的分子筛,如层状分子筛和中空分子筛。

常见分子筛类型

常见分子筛类型

常见分子筛类型1.引言1.1 概述分子筛是一种特殊的多孔固体材料,它具有特定的晶体结构和孔隙结构。

通过选择不同的元素和化学组成,可以产生出各种不同类型的分子筛材料。

这些分子筛材料广泛应用于催化、吸附、分离等领域,并且在化工、环保、能源等行业中具有重要的应用价值。

概括地说,分子筛可以看作是一张由硅铝氧桥连组成的三维网状结构。

这种特殊的结构赋予了分子筛独特的物理和化学性质,尤其是它的孔隙结构。

分子筛的孔隙可以分为微孔、介孔和宏孔三种类型。

微孔是指孔径小于2纳米的孔隙,介孔是指孔径在2纳米到50纳米之间的孔隙,而宏孔则是指孔径大于50纳米的孔隙。

根据不同的晶体结构和孔隙结构,可以将常见的分子筛类型分为许多种类。

例如,沸石是一种常见的分子筛类型,具有三维的孔洞结构以及良好的热稳定性。

沸石广泛应用于催化剂和吸附剂领域。

另外,介孔材料如MCM-41和SBA-15也是常见的分子筛类型,具有较大的孔隙结构和高度有序的排列方式。

这些介孔材料在催化和分离领域有着重要的应用。

随着科学技术的不断发展和进步,越来越多的新型分子筛材料被发现和合成。

这些新型的分子筛材料具有更复杂的结构和更高的性能,为催化、吸附和分离等领域的应用提供了新的可能性。

因此,深入研究和了解常见分子筛类型的特性和应用,对于提升分子筛材料的设计和合成能力具有重要的意义。

在本文中,我们将介绍常见的分子筛类型A和类型B的特点和应用,并对未来分子筛材料的发展方向进行展望。

1.2 文章结构文章结构部分的内容:本文主要介绍常见分子筛类型。

文章分为引言、正文和结论三个部分。

1. 引言在引言部分,首先对分子筛进行概述,指出它在化学和材料科学领域的重要性和应用广泛性。

然后介绍本文的结构和目的,提醒读者本文将主要涵盖哪些内容以及达到的目标。

2. 正文正文部分将分为两个子部分,分别介绍常见的分子筛类型A和分子筛类型B。

2.1 常见分子筛类型A在此部分,将详细介绍常见的分子筛类型A。

MCM-48介孔分子筛的合成与表征

MCM-48介孔分子筛的合成与表征
摘 要
采用正硅酸乙脂作为硅源 , 十六烷基三甲基澳化铵作为模板剂 , 采用摩尔配比为 n(i 。 : C A : H0) SO ) n( T B) n( 。 :n( a H) NO :
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收稿 日 : 1— 1 2 期 2 0 0— 7 0 基金项 目: 上海市科委重点项k ( 4 编号 :7 6 5 2 ) 0 1 0 1 2
通讯联 系人 : 潘腱民 ,— ip i mi6 7 @s a On E ma :a a n6 4 i . i l n nC

分子筛的种类资料

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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介孔分子筛
Mesoporous Materials
1、什么是介孔分子筛?
国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)的定义:
介孔材料就是孔径在 2-50 nm 的材料,
介孔就是介于微孔和大孔之间。

2
3<2nm 2-50nm
4
1992 年,Mobil 的科学家们(Kresge等)
制备出孔道均匀、孔径可调的介孔M41S,
该材料包括: MCM-41;
MCM–48;
MCM-50;
MCM 为 Mobil 公司合成的孔材料的系列名称, M obil C omposite of M atter-美孚合成的物质
5
molecular sieves science and technology
Synthesis Vol.1 1998
Springer
The Synthesis and Properties of M41S and Related Mesoporous Materials
C.T.Kresge
分子筛与多孔材料化学-徐如人
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8
MCM-41
MCM –41 exhibits an X-ray diffraction pattern (XRD)
containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)
that can be indexed to an hexagonal hk0 lattice
This particular sample has a unit cell of approximately 46 Å
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透射电镜 transmission electron micrograph (TEM) the uniform honey-comb like structure
Lattice Image MCM-41
Possible Structure MCM-41属于六方相
含有规则的二维孔道阵列,
MCM-41
用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂,
孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化
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MCM-48
The X-ray diffraction pattern consists of several peaks that can be assigned to the Ia3d space group.
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MCM-48
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MCM-48
The structure of MCM –48 has been proposed to be bicontinuous with a simplified representation of two infinite three-dimensional,mutually intertwined, unconnected networks of rods as initially
proposed by Luzzatti
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MCM-50
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2、介孔分子筛分类
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The M41S family
hexagonal unit cell
MCM–41 (two dimensional, p6m),
cubic structures
MCM–48 (three dimensional, Ia3d)
lamellar structures
MCM–50 which is a post-stabilized lamellar material.
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FSM-16 :
使用与M41S家族相同的模板剂
用层状kanimite 为原料制备
与 MCM-41 结构相似
FSM代表F olded S heets M esoporous Material
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1995
在中性条件下,以伯胺为模板剂,
依靠氢键相互作用,
合成出规则孔道,孔壁较厚的HMS;
用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂,在中性条件下,合成了MSU
HMS 代表H exagonal M esoporous S ilica;
MSU 代表M ichigan S tate U niversity material
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突破了只依靠正负电荷的相互作用合成介孔分子筛的方法,
把氢键作用的思维引入到介孔分子筛合成
使介孔分子筛的合成思路得到拓宽。

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SBA-1,SBA-2, SBA-3
霍启升用双子铵类双亲性物资为模板剂,
在强酸性体系中合成出 SBA-1,SBA-2, SBA-3
hexagonal unit cell
SBA–2 (three dimensional, p63/mmc),
SBA–3 (two dimensional p6m
structure similar to MCM–41 but synthesized in an acid media;
cubic structures
SBA–1 (Pm3n);
分子筛的有序度要好很多,骨架上具有笼型结构
SBA 代表 University of California,
S anta Ba rbara
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SBA-15介孔分子筛
赵东元等
以三嵌段高分子聚合物(PEO-PPO-PEO)为模板剂,
在强酸体系下合成,
高度有序、
大孔间距、
纯硅
二维六方孔道
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31 1. 介孔材料的诞生--1992年MS41系列分子筛(典型的是MCM-41,MCM-48,MCM-50)的合成:
Nature. 1992, 359, 710-712(J. S. Beck )
J Am Chem Soc. 1992, 114: 10834-10843(J. S. Beck )
Science. 1993, 261: 1299-1303(霍启升)
32
2.介孔材料制备的另一里程碑--1998年赵东元合成了SBA-15
Science. 1998, 279: 548-552(赵东元)
J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6024-6036 (赵东元)
3、介孔分子筛的合成及机理
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介孔孔径可以在5~50 nm 范围内变化,
且孔壁较厚(典型的在3 到9 nm) ,
该材料具有更高的热和水热稳定性。

其中的模板剂可通过焙烧或溶剂萃取脱除,
且焙烧温度要比MCM-41 低得多
40
41合成机理
Beck et al
templating (LCT) mechanism.
They proposed that the structure is defined by the organization of surfactant molecules into liquid crystals表面活性剂组装成液晶
which serve as templates for the formation of the MCM-41 structure.作为合成的模板剂
42
the first step in the synthesis would correspond to the formation of a micellar rod around the surfactant micelle
表面活性剂分子首先形成棒状胶束
which in a second step will produce a hexagonal array of rods,形成六方棒的阵列
followed by incorporation of an inorganic array (silica, silica-alumina) around the rodlike structures.围绕棒状胶束结构,无机物形成阵列
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the liquid crystal structures formed in surfactant solutions are highly sensitive to the overall characteristics of the solution,
液晶的形成对于溶液的性质非常敏感
only in the cases where the surfactant and synthesis conditions allow the formation of well-defined liquid crystal hexagonal structures, 只有表面活性剂分子形成良好的六方液晶结构,才能合成出MCM-41
is the synthesis of MCM-41 successful.
when C6 and C8 alkyl chain surfactants were used, MCM-41 was not formed,
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