论文摘要
介孔分子筛具有高的比表面、规则排列且可调控的孔道结构。这些特性使其在化工、工业催化、生物医学、环境保护和制备新型纳米材料等领域有广阔的应用前景，因此，引起人们的普遍关注。水热合成法是合成介孔分子筛最普遍和有效的方法。常用分子筛的合成采用水玻璃、正硅酸乙酯为硅源，成本高昂。近年来，以自然黏土矿物为原料制备介孔硅受到人们的重视。本文以脱镁海泡石为硅源，十六烷基三甲基溴化氨为模板剂，硅源和模板剂在水浴条件下混合搅拌，用NaOH溶液调节反应液的pH值，反应釜在高温高压条件下反应一定的时间，反应物冷却，洗涤，干燥，得到半成品，再在540℃下煅烧4h，制备出介孔分子筛MCM-41。采用SAXRD、BET、DSC、TEM、SEM、IR等测试手段对合成的分子筛进行表征。研究了分子筛MCM-41的晶化工艺（晶化温度，晶化时间及pH、表面活性剂浓度等），反应机理和分子筛的热稳定性及酸性。主要结果如下：（1）考察晶化工艺（晶化温度，晶化时间及pH、表面活性剂浓度等）对制备分子筛结构和性能影响，结果表明：①pH在6.0～12.0的范围内都能合成出分子筛MCM-41。由样品的XRD结果可知，pH在8.0～11.0的样品的有序性较好。N2吸附表明，合成的样品有较大的比表面积和孔体积，孔径分布较均匀。②在pH=10.0，100℃的温度下晶化24h，CTAB／SiO2在0.05～0.6的范围内都能得到介孔分子筛MCM-41。在实验范围内，随着表面活性剂浓度增加，有利于形成高表面积的MCM-41分子筛。③pH=10.0，CTAB／SiO2=0.2的条件下，在65℃，80℃，100℃，120℃，140℃的温度下晶化24h都能得到介孔分子筛MCM-41。晶化温度从65℃升至100℃时，温度对水热合成MCM-41介孔分子筛晶化过程的促进作用很明显。④晶化时间的延长，有利于提高介孔分子筛MCM-41的相对结晶度，促进晶粒生长。在本实验范围内，晶化时间最长的产物（96h）的比表面积最大，达到1036m2／g，其孔径为3.0nm。（2）通过结合SAXRD、SEM、IR分析，探讨了分子筛的合成机理。结果表明：溶液中的脱镁海泡石表面存在可电离的≡Si-OH基团，在溶液中易电离成为≡SiO-；表面活性剂在水溶液中先形成球状胶束，再形成棒状胶束，在溶液电离成CTA+，两者通过静电匹配作用形成有机-无机复合中间体，经过水热合成，缩聚形成了有序的介孔材料，焙烧后进一步缩聚形成介孔分子筛MCM-41，符合液晶模板机理。（3）利用DSC、XRD、IR和N2吸附的分析方法对介孔分子筛MCM-41的热稳定性和表面酸性进行了研究。实验结果表明：镁含量对分子筛的热稳定性有很大的影响，镁含量少的样品（0％，0.36％）有较高的热稳定性，坍塌温度达到1030℃；镁含量较大时（2.27％），样品的热稳定性较差，在800℃结构坍塌。将Na-MCM-41分子筛用1mol／L的NH4Cl溶液进行离子交换后进行吡啶吸附，然后测其红外光谱，考察H-MCM-41的酸性。结果表明，在1448cm-1处有强吸收峰，样品有较强的L酸中心；含有镁的样品在1542 cm-1产处有较弱的吸收峰，产生了少量的B酸，但仍以L酸为主。