催化剂载体硅胶的制备及性能研究

论文摘要

硅胶除了具有良好的机械强度、较大的比表面积和相对较大的孔径、较好的化学稳定性和热稳定性以及较低的表面酸性等优点外,还有一个突出的优点就是其表面含有丰富的硅羟基,这是硅胶可以进行表面化学键合或改性的基础。这些硅羟基具有较强的活性,能参与众多化学反应。许多过渡金属离子被导入硅胶骨架,改变了硅胶骨架和孔道的特性,从而改善了硅胶多方面的性能,如骨架稳定性、表面缺陷浓度、选择催化能力和离子交换性能等。在石油化工中硅胶常作为烯烃聚合的催化剂载体。本论文采用价格低廉的硅酸钠为硅源,在碱性条件下用溶胶-凝胶法合成了含钛、钛表面修饰及含铬硅胶。通过洗涤、干燥、焙烧等后处理方法得到相应的新材料样品。运用拉曼、红外、紫外光谱、扫描电镜、热重及差热综合分析对其物理化学性能进行表征。结果表明钛和铬离子都成功的进入到硅胶的骨架中去。并通过N2吸附-脱附测量所制得的载体硅胶的表面积、孔容、孔径,发现含钛的硅胶比含铬的硅胶的孔径要大的多,这与两者的反应机理有关,也与模板剂的用量有关。其中含钛硅胶的表面积达到了300m2/g左右,孔容达到了1.5cm3/g左右,平均孔径大于20nm,满足了工业生产的要求,能应用到工业生产中。同时考察了双氧水用量、老化时间和反应温度对合成的影响,发现双氧水能抑制样品中非骨架钛的生成,并通过一系列的条件实验得到了最佳的反应条件。初步考察了所制得的样品对苯乙烯的催化氧化反应的催化活性,通过对反应产物的色谱分析来计算载体硅胶的催化性能。实验证明,本实验制得的载体硅胶对苯乙烯具有良好的催化活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 多孔材料的简介
• 1.2 介孔材料的简介
• 1.3 硅胶的合成概况
• 1.3.1 硅胶的简介
• 1.3.2 硅胶的主要品种
• 1.3.3 硅胶的结构
• 1.3.4 硅胶的合成过程
• 1.3.5 硅胶制备过程中的物理与化学变化
• 1.4 硅胶的表征方法
• 1.4.1 拉曼光谱（Raman）
• 1.4.2 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 1.4.3 紫外漫反射光谱表征
• 1.4.4 扫描电子显微镜
• 1.4.5 N原子吸附
• 1.4.6 热重/差热分析
• 1.4.7 气相色谱分析
• 1.5 硅胶在石油化工用作催化剂载体的应用
• 1.6 本课题的研究意义及内容
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 含钛硅胶的合成及其性能表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器及试剂
• 2.2.2 含钛硅胶的制备
• 2.3 制备条件的确定
• 2.3.1 老化条件的确定
• 2.3.2 干燥条件的确定
• 2.3.3 焙烧条件的确定
• 2.3.4 双氧水用量的条件实验
• 2.3.5 钛含量的条件实验
• 2.3.6 反应温度对含钛硅胶性能的影响
• 2.3.7 pH对聚合反应的影响
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 含钛硅胶的拉曼表征
• 2.4.2 含钛硅胶的红外表征
• 2.4.3 含钛硅胶的紫外表征
• 2.4.4 含钛硅胶的扫描电镜分析
• 2.4.5 含钛硅胶的氮原子吸附表征
• 2.4.6 含钛硅胶的热重及差热分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 钛表面修饰硅胶的合成及其性能表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及试剂
• 3.2.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 钛表面修饰的拉曼表征
• 3.3.2 钛表面修饰的紫外表征
• 3.3.3 钛表面修饰的红外表征
• 3.3.4 钛表面修饰的N原子吸附表征
• 3.3.5 钛表面修饰硅胶的扫描电镜分析
• 3.3.6 钛表面修饰硅胶的催化性能表征
• 3.4 本章小结
• 第四章 含铬硅胶的合成及其性能表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器及试剂
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 均匀设计
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 含铬硅胶的拉曼表征
• 4.4.2 含铬硅胶的红外表征
• 4.4.3 含铬硅胶的紫外可见光谱表征
• 2吸附-脱附表征'>4.4.4 含铬硅胶的N₂吸附-脱附表征
• 4.4.5 含铬硅胶的催化性能评估
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢