有序介孔氧化铝的合成及其热稳定性能研究

论文摘要

介孔氧化铝以其具有优异的结构性质和表面酸碱性在吸附剂,催化剂和催化剂载体等领域有着广泛应用。因此,对介孔氧化铝的合成研究一直都是人们的研究热点之一。研究的主要目标是提高氧化铝的比表面积和热稳定性。目前,介孔氧化铝的制备方法主要有溶胶凝胶法,沉淀法,阴阳离子双水解法,溶剂热合成,微乳液法,高温喷射分解等。这些研究取得了有价值的成果,但是上述方法制备得到的氧化铝比表面积一般小于400 m2/g,且热稳定性不高。为了提高其热稳定性,人们对氧化铝在高温下相变过程进行了研究。研究表明,氧化铝高温烧结的本质是由于相邻氧化铝颗粒羟基之间的脱水和α-Al2O3的成核化。研究发现有序介孔氧化铝具有有序的介孔结构和大的孔容积,在很大程度上提高了氧化铝的热稳定性。这可能是源于有序介孔氧化铝能降低相邻氧化铝颗粒之间的接触,减小α-Al2O3的成核化速率。目前,有序介孔氧化铝的合成方法主要有硬模板法和溶胶凝胶法两种,但国内外相关文献报道并不多,其主要原因是由于硬模板法合成条件严格,过程复杂,耗时长；而以盐酸为酸度调节剂的溶胶凝胶法在有序介孔结构的形成过程中需要界面保护剂的保护,但合成中面临界面保护剂不易选择的问题,研究结果不理想。因此,本文将采用溶胶凝胶法合成有序介孔氧化铝,围绕界面保护剂的影响问题开展以下方面的研究：（1）采用溶胶凝胶法,P123为模板剂合成有序介孔氧化铝,研究不同种类界面保护剂对所合成的有序介孔氧化铝的比表面积和热稳定性的影响；（2）探讨二种界面保护剂及量比对有序介孔结构形成和生成产物比表面和热稳定性的影响；（3）在上述基础上将铈和铈锆二种金属氧化物负载到所合成的氧化铝上,研究金属氧化物的加入对氧化铝热稳定性的影响。通过对以上内容的研究,得到了以下有意义的结果：1.加入苯胺、邻苯二胺、苯甲酸以及邻苯二甲酸为界面保护剂均能提高所合成氧化铝比表面积和热稳定性。但发现仅适量的邻苯二甲酸才能合成出有序结构的介孔氧化铝。当邻苯二甲酸的加入量为n（邻苯二甲酸）/n（A1）=0.25时,所合成的氧化铝经400℃煅烧后,其比表面积为432 m2/g,经800℃煅烧后,比表面积仍达到了227 m2/g。2.同时加入柠檬酸和水杨酸二种界面保护剂能显著提高所合成氧化铝的比表面积和热稳定性。当物质的量比n（柠檬酸）/n（Al）)为0.05,n（水杨酸）/n（Al）=0.05～0.15时,才可合成出有序介孔结构的氧化铝。与加入单一组分的界面保护剂相比,同时加入柠檬酸和水杨酸两种界面保护剂所合成产物结构更为有序,比表面积和孔容积更高。合成体系为0.05N+0.1S时,合成产物经400℃煅烧后比表面积达到了521m2/g,孔容积0.82 cm3/g。800℃热处理后,比表面积仍达到了300 m2/g,孔容积4.4 cm3/g。3.在n（柠檬酸）/n（Al）=0.05,n（水杨酸）/n（Al）=0.05的反应体系中,加入不同量的铈n （Ce）/n （Al）=0.02-0.12时均可得到高分散的负载二氧化铈的有序介孔氧化铝,铈的加入提高了氧化铝的热稳定性。4.在n（柠檬酸）/n（Al）=0.05,n（水杨酸）/n（Al）=0.1的合成体系中,加入适量的铈和锆,可合成出铈和锆高度分散的在表面的有序介孔氧化铝。加入铈和锆的合成的氧化铝其仍保持了高度有序的介孔结构,且所合成的氧化铝具有高的热稳定性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 目录
• 绪论
• 0.1 概述
• 0.2 介孔氧化铝的制备方法
• 0.2.1 溶胶凝胶法
• 0.2.1.1 非离子表面活性剂为模板
• 0.2.1.2 阳离子表面活性剂为模板
• 0.2.1.3 阴离子表面活性剂为模板剂
• 0.2.2 沉淀法
• 0.2.3 溶剂热合成
• 0.2.4 阴离子-阳离子双水解法
• 0.2.5 其他方法
• 0.3 有序介孔氧化铝研究进展
• 0.3.1 硬模板法
• 0.3.1.1 铝直接掺入有序介孔二氧化硅骨架中
• 0.3.1.2 有序介孔二氧化硅表面铝化
• 0.3.1.3 纳米涂渍法
• 0.3.2 溶胶凝胶法
• 0.4 铈掺杂氧化铝的研究进展
• 0.5 铈、锆掺杂氧化铝的研究进展
• 0.6 研究设想
• 第一章 实验方法
• 1.1 主要试剂
• 1.2 样品的制备
• 1.3 催化剂的表征
• 1.3.1 X射线粉末衍射（XRD）
• 1.3.2 物理吸附
• 1.3.5 透射电镜（TEM）
• 第二章 不同种类的界面保护剂的研究
• 2.1 前言
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 以苯胺和邻苯二胺为界面保护剂
• 2.2.2 苯甲酸和邻苯二甲酸为界面保护剂
• 2.2.2.1 苯甲酸作为界面保护剂
• 2.2.2.2 邻苯二甲酸作为界面保护剂
• 2.3 邻苯二甲酸在有序介孔合成中的作用
• 2.4 本章小结
• 第三章 柠檬酸和水杨酸二元界面保护剂合成有序介孔氧化铝
• 3.1 前言
• 3.2 柠檬酸与水杨酸物质的量配比的影响
• 3.2.1 水杨酸作为界面保护剂
• 3.2.2 柠檬酸和水杨酸二元界面保护剂
• 3.3 柠檬酸和水杨酸物质的量比为1:2的合成体系
• 3.4 柠檬酸和水杨酸二元界面保护剂在有序介孔形成中的作用
• 3.5 本章小结
• 第四章 有序介孔氧化铝负载二氧化铈的研究
• 4.1 前言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 0.05N+0.1S物质的量比的合成体系
• 4.2.2 0.05N+0.05S物质的量比合成体系
• 2O₃的产物结构性能分析'>4.2.3 8mol%Ce-Al₂O₃的产物结构性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 有序介孔氧化铝负载铈-锆二元金属氧化物的研究
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 有序介孔氧化铝负载不同量的铈锆二元金属氧化物
• 2O₃的结构及热稳定性分析'>5.2.2 4mol%Ce-4mol%Zr-Al₂O₃的结构及热稳定性分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间承担的科研究任务
• 致谢
• 个人简历