二元金属组装六方介孔氧化硅的制备、表征及应用研究

论文摘要

本论文主要研究了二元金属掺杂的六方介孔氧化硅复合材料的主-客体组装技术及其结构和N2吸附特性,并初步探讨了其在卷烟降焦减害方面的应用。 在水-乙醇-异丙醇三元溶剂体系中室温合成了HMS介孔材料,比较了两种方法脱除模板剂的优劣,并探讨了HMS合成的主要影响因素及六方介孔结构组装的物理化学过程。当反应体系组成为:n（正硅酸乙酯）:n（十二胺）=4:1,V（异丙醇）:V（水）:V（乙醇）=1.0:8.5:5.0（其中n——摩尔,V——体积）时,采用乙醇萃取法脱除模板剂后的样品具有“wormhole”介孔结构。助剂——异丙醇加入后增大了介孔孔径,BJH平均孔径为4.5nm,BET表面积为933.4m2/g,孔容1.038cm3/g。模板剂的脱除采用乙醇萃取比高温焙烧要好。 采用原位掺入法和合成后组装法制备了Ce/HMS介孔材料,并对其结构和性能进行了对比研究。两种方法掺入Ce后样品均具有HMS的基本特征,Ce掺杂后遏止了无机骨架的收缩,使介孔氧化硅的热稳定性有所提高。合成后组装法是制备金属掺杂介孔材料的较好途径。 采用原位掺入法一步合成了Ce,Al/SiO2超微孔材料,并考察了Al、Ce掺入后的水热稳定性。采用合成后组装法和浸渍法两步合成了Pd/Ce-HMS介孔材料,对比研究了Pd物种在两种载体上担载后样品的介孔结构和微观形貌。结果表明,Al、Ce掺杂后改善了氧化硅材料的水热稳定性。将Pd担载到纯HMS上只能得到微孔材料,而担载到Ce/HMS上却能得到骨架规整的介孔材料。CeO2的存在促进了Pd物种在载体上的分散度。 以Pd担载介孔复合材料作为滤嘴添加剂,当添加量为2.3%时,试验卷烟烟气中焦油含量8.44mg/支,CO含量12.6mg/支,与对照卷烟（焦油15.99mg/支、CO13.8mg/支）相比,焦油和CO分别降低46.9%和8.7%,并且试验卷烟感官质量基本保持不变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 插表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 主客体组装介孔材料的发展概况
• 1.1.1 有序介孔材料的合成背景
• 1.1.2 有序介孔材料定义和分类
• 1.1.3 介孔材料的合成特点与生成机理
• 1.1.4 主-客体组装技术
• 1.1.5 介孔材料的应用
• 1.2 卷烟滤嘴添加剂的研究概况
• 1.2.1 卷烟烟气中的有害成分
• 1.2.2 卷烟滤嘴添加剂分类
• 1.3 本实验研究的背景、目的和研究内容
• 第2章 实验
• 2.1 原料和试剂
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 制备
• 2.3.1 主体——HMS的制备
• 2.3.2 客体组装 HMS介孔复合材料的制备
• 2.4 表征
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）
• 2吸附'>2.4.2 低温 N₂吸附
• 2.4.3 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.4.4 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.4.5 激光拉曼光谱（LR）
• 2.4.6 透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）
• 2.4.7 热分析（TG-DSC）
• 2.4.8 卷烟烟气分析
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 HMS的结构、性能及合成的影响因素
• 2吸附性能'>3.1.1 HMS的微观结构与 N₂吸附性能
• 3.1.2 HMS合成的影响因素
• 3.1.3 六方介孔结构组装的物理化学过程
• 3.2 HMS介孔复合材料的结构及性能研究
• 3.2.1 客体组装对主体结构和性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 介孔复合材料在卷烟上的应用研究
• 4.1 前言
• 4.2 添加剂加入到试验卷烟中的工艺研究试验
• 4.2.1 试验卷烟
• 4.2.2 添加剂的应用
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 检测依据
• 4.3.2 试验卷烟预处理
• 4.3.3 烟气分析结果
• 4.3.4 试验卷烟评吸结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间主要参与的课题研究