超声辐射下类水滑石的合成及粒径尺寸控制方法的研究

论文摘要

类水滑石化合物又称阴离子粘土，是由带正电荷的氢氧化物层和层间阴离子构成。由于其独特的层间阴离子可交换性和板层上阳离子可搭配性，是一种具有广泛应用前景的多功能无机材料。大量研究表明，类水滑石在不同领域的应用性能受到其自身粒径大小及分布范围的影响，因而对类水滑石粒径尺寸控制方法的研究就显得很有必要。本文采用恒定pH值共沉淀法研究了超声辐射下对合成NiAl-HTLcs类水滑石晶粒大小及粒径范围的影响，粒径大小的测定采用日本崛场生产的激光散射粒度分布仪进行测定；借助XRD、FT-IR、TG-DTA、TPD及化学分析手段全面表征了合成物的物化性能；以苯甲醛与乙醇的催化反应，对组成相同、结构相同而粒度不同的NiAl-HTLcs催化剂进行评选，得到了有益的结果。超声波是一种频率大于20kHz的声波，它具有许多不同于普通声波的特点和性能，已广泛应用于诸多领域。本论文首次在类水滑石的制备过程中引入超声波，首先从滴定曲线入手，确定了制备NiAl-HTLcs适宜的pH值范围，进而研究了各种不同因素如：原料液配比、不同反应时间、不同盐浓度、不同滴定方式、不同搅拌方式、分散剂对合成类水滑石粒径分布的影响，并通过化学分析的方法测定了合成物的元素组成。利用XRD鉴定样品的晶相结构，FT-IR测定了HTLcs的内部结构，利用TG-DTA分析了合成物的热行为及热稳定性，借助TPD对合成物的酸碱性做了初步分析。实验结果：超声辐射共沉淀和普通共沉淀下合成NiAl／HTLcs的适宜pH值范围分别为5.1～5.7和5.0～6.0。超声辐射下合成物的中值粒径为0.38μm，而普通共沉淀法下化合物的中值粒径为8.06μm，超声辐射下合成样的粒径分布在0.26～1.15μm、1.15～2.60μm、2.98～44.94μm之间所占的百分比为90.04、9.96、0，而普通共沉淀下所占的百分比为0、3.75、96.25，实验数据表明超声辐射作用下合成的镍铝类水滑石的粒径有较大的减小、粒度分布范围也明显的变窄，粒度分布较均匀。超声辐射下采用恒定pH值法，随着盐浓度的增大和反应时间的延长，NiAl-HTLcs类水滑石粒径均呈现减小的趋势，随着合成原料中Ni2+／Al3+的增加，产物粒径基本呈减小趋势。实验结果表明Ni（NO3）2和Al（NO3）3的浓度为3.5 mol／L和3.0 mol／L，反应时间为2～3小时，NiAl-HTLcs合成物的中值粒径为0.38um，比表面积为1.7072E+5 cm2／cm3。对超声辐射下合成的类水滑石进行表征，XRD表明此条件下合成的样品的确为类水滑石，TG-DTA热分解数据结果显示，超声条件下合成的样品其热稳定性好，TPD结果表明合成样具有较多的碱性中心，较强的碱性，因此，具有较好的催化活性。为了研究超声辐射下合成物类水滑石样品粒径尺寸的变化，将普通共沉淀合成的NiAl-HTLcs(原料配比Ni2+／Al3+=5，中值粒径为8.79μm，标记为a)、超声辐射下NiAl-HTLcs(原料配比Ni2+／Al3+=5，中值粒径为0.38μm，标记为b)样品，应用于苯甲醛与乙醇的催化反应。结果表明：相同反应条件下，b催化剂对反应活性提高较大，58.43％的转化率b催化剂30分钟即可达到，而a催化剂80分钟还没能完全达到，超声辐射下合成样的对催化反应的反应时间有很大的减小，说明较小粒径堆积成的粒径孔更有利于催化剂在此反应中表面活性中心发挥作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 类水滑石化合物的研究现状
• 1.1.1 类水滑石化合物的分类及性质
• 1.1.2 类水滑石化合物的制备方法
• 1.1.3 类水滑石及其衍生复合金属氧化物的应用
• 1.2 超声波的特点及应用概况
• 1.2.1 超声波的基本性质
• 1.2.2 超声波在结晶中的应用
• 1.3 本课题的研究意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂
• 2.2 主要检测仪器
• 2.3 实验方案
• 第三章 超声辐射和普通共沉淀下镍铝类水滑石粒度分布的对比
• 3.1 不同混盐溶液的NaOH滴定曲线
• 3.2 合成物粒度分布的影响
• 3.3 元素含量的影响
• 3.4 合成物的物相表征
• 3.4.1 XRD表征
• 3.4.2 FT-IR表征
• 3.4.3 热行为分析
• 3.4.4 表面碱性的分析
• 3.5 结论
• 第四章 超声辐射共沉淀下NiAl-HTLcs晶粒尺寸影响因素的研究
• 4.1 滴定方式对合成HTLcs粒径的影响
• 4.2 不同搅拌方式的比较
• 4.3 反应物浓度对合成HTLcs粒径的影响
• 4.4 反应时间对合成HTLcs粒径的影响
• 4.5 原料组成比例对合成HTLcs粒径的影响
• 4.6 分散剂的加入对合成HTLcs的影响
• 4.7 合成物的物化性能表征
• 4.7.1 XRD分析
• 4.7.2 FT-IR分析
• 4.7.3 TG-DTA分析
• 4.8 结论
• 第五章 不同粒径催化剂对反应的影响
• 5.1 Na-HTLcs催化性能测试:安息香乙醚的合成
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 超声辐射和普通共沉淀下合成样对反应的影响
• 5.2.2 不同反应时间的影响
• 5.3 不同催化剂粒径尺寸的分析
• 5.4 结论
• 第六章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
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