论文摘要
ZrO2-SiO2复合氧化物是一种性质优良的二元复合氧化物。它具有SiO2高比表面积及ZrO2表面性质的同时还具有许多ZrO2及SiO2所不具备的独特优异的物理化学性能,如：断裂韧度高、ZrO2晶型稳定和丰富的表面酸性。作为一种新型的催化材料,ZrO2-SiO2复合氧化物在催化领域得到广泛的关注。制备性能优异的ZrO2-SiO2复合氧化物是具有重要理论意义与实际应用价值的研究课题。ZrO2-SiO2复合氧化物的制备方法主要有共沉淀法、沉积-沉淀法和溶胶-凝胶法。其中溶胶-凝胶法是制备复合均匀ZrO2-SiO2复合氧化物的最有效方法。但是溶胶-凝胶法存在制备过程步骤繁琐、所用原料锆醇盐昂贵且有毒的缺点。针对这一现状,本论文采用廉价的无机锆盐为锆源,在醇-水体系中系统研究了制备条件对ZrO2-SiO2复合氧化物复合程度的影响,探讨了Zr-O-Si键的形成机理；在此基础上制备了系列复合均匀的ZrO2-SiO2复合氧化物,并对其结构与表面性质进行了表征,将其应用于四氢呋喃开环聚合反应,从催化作用本质角度深入研究了ZrO2-SiO2复合物结构、表面性质和催化性能之间关系的规律。论文的主要结果如下：1.采用醇-水溶液加热法,在无需酸、碱催化剂或螯合剂的情况下,制备了复合均匀的ZrO2-SiO2复合氧化物。在考察的所有制备参数中,醇水体积比和TEOS预水解时间是影响ZrO2-SiO2复合氧化物复合程度的重要因素。醇水体积比的增大有利于硝酸氧锆的水解/缩聚,对于TEOS的水解/缩聚却起到抑制作用,因而随着醇水体积比的增大所制备的50ZS样品的复合程度逐渐降低；TEOS预水解虽然可以改善两种前驱物的水解/缩聚速率,但时间过长时水解得到的Si-OH会提前发生自聚,不利于两种组分的复合。因此,选择醇水体积比为4,TEOS预水解时间为12h时可以得到复合均匀的ZrO2-SiO2复合物。2.结合多种表征手段对不同锆含量的ZrO2-SiO2复合氧化物的结构和表面性质进行了考察,结果表明：ZrO2含量在低于30 mol%时,所有的Zr-O键均进入SiO2的网络结构中形成Zr-O-Si键,随着ZrO2含量的增加,复合物的平均孔径逐渐增大,表面总酸量呈比例增多,且B酸酸量与L酸酸量之比约为1：1；当ZrO2含量为50 mol%时,部分Zr-O键未进入SiO2网络结构,而以纯ZrO2方式沉积在复合物孔道结构中,致使复合物的平均孔径明显减小,表面总酸量与ZrO2含量为30 mol%的复合物基本一致,但B酸酸量与L酸酸量之比约为1：2,L酸中心居多。3.ZrO2-SiO2复合氧化物催化THF聚合反应的评价结果表明,所制备复合物在THF聚合反应过程中表现出良好的催化性能。随着复合物中ZrO2含量的增加,聚合产物的收率及分子量均呈现先增大后减小的趋势,Zr02为30 mol%时,收率最高为28.22%,分子量为2199。结合表征结果可知,复合物表面的B酸和L酸均能引发THF开环聚合。随着焙烧温度的升高,复合物的平均孔径明显增加,其在催化THF聚合反应中的催化活性也显著提高,进一步说明复合物的孔结构对THF聚合物的收率有显著影响,即在该反应中传质过程被认为是反应的决速步骤。