离子液体体系中磷酸盐分子筛的合成及其特性

论文摘要

沸石分子筛由于它们结构与性能上的特点，已被广泛地应用在催化、吸附及离子交换等各个领域。在应用过程中，人们对分子筛型材料的结构与性能不断提出新的要求。因此研究具有新型晶体结构、性能优良的沸石分子筛，始终是国际性的热点课题。在分子筛的合成过程中，溶剂种类的变化，对分子筛的结构和性能都有显著的影响。离子液体具有非常低的蒸气压、高的电导率、产物分离简便，能够溶解多种物质等优点；另外，离子液体丰富的种类为合成新晶体结构的分子筛提供了广阔的选择空间，因此近年来离子液体体系成为了分子筛合成研究中的热点问题。本文采用离子液体热合成方法，旨在合成具有新型拓扑结构和性能优良的分子筛，分别在苯甲酸／氯化胆碱、尿素／季铵盐（四甲基氯化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵和氯化胆碱）、1，3-二甲基尿素／四乙基溴化铵、1，3-二甲基尿素／缩节胺一系列低共熔混合物体系中，探索了新结构磷酸铝和磷酸锌分子筛合成的可能性及合成规律。并且采用XRD、SEM、FT-IR以及TG分析手段对合成样品进行了表征，得到以下主要研究结果：第一，在HF-Al2O3-P2O5-苯甲酸／氯化胆碱低共熔混合物（EU表示）体系中，合成出了具有8元环孔道的ZON分子筛。其合成条件为：反应组分为Al2O3：P2O5：EU：F-（摩尔比）=14.7：31：322：1，（EU为离子液体），晶化温度180℃，晶化时间3天。ZON分子筛是外观呈现规则的六边形片状堆积体，堆积体尺寸为160×140μm。正交晶系，Pbca（61），晶胞参数为a=14.546（3）（?），b=15.190（3）（?），c=16.550（3）（?）。实验证明苯甲酸／氯化胆碱形成的新体系中能够合成出分子筛，且苯甲酸／氯化胆碱低共熔混合物在ZON分子筛的合成中具有溶剂和模板效应。第二，在尿素／季铵盐低共熔混合物体系中，研究了合成具有新结构的磷酸铝分子筛的可能性。实验结果表明：在反应组分为Al：EU（摩尔比）=0.07：1，（EU为离子液体），晶化温度为180℃，晶化时间为3天的条件下，不同的离子液体体系中，选择合适的P／Al，合成出了AlPO4-CJ2分子筛。受尿素部分热分解释放的无机氨的影响，季铵盐种类的变化没有生成不同晶体结构的磷酸铝分子筛。第三，在P2O5-HF-ZnO-尿素／氯化胆碱低共熔混合物体系中，合成出了（NH4）ZnPO4-HEX分子筛大单晶。其最佳合成条件为：反应组分为P：F-：Zn：EU（摩尔比）=2.57：5.31：1：167，（EU为离子液体），反应温度为180℃，晶化时间为69h。（NH4）ZnPO4-HEX分子筛是两头六方锥形，中间棱柱的规则单晶，晶体尺寸为130×30×30μm。六方晶系，空间群为P63，晶胞参数为a=10.70（?），b=10.70（?），c=8.71（?），α=90°，γ=120°。实验证明在尿素／氯化胆碱低共熔混合物体系中能够合成出磷酸锌分子筛。第四，在P2O5-HF-ZnO-1，3-二甲基尿素／四乙基溴化铵低共熔混合物体系中，合成出了具有未知结构的ZnPO4-1分子筛。其最佳合成条件为：反应组分为P：F-：Zn：EU（摩尔比）=2.23：1.83：1：43.12，（EU为离子液体），反应温度为180℃，晶化时间为3天。ZnPO4-1分子筛是规则的长方形单晶，晶体尺寸为150×90×20μm。晶胞参数为a=13.89（?），b=7.05（?），c=6.69（?），α=β=γ=90°。第五，在P2O5-HF-ZnO-1，3-二甲基尿素／缩节胺体系中，合成出了具有未知结构的ZnPO4-2分子筛。其最佳合成条件为：反应组分为P：F-：Zn：EU（摩尔比）=2.23：2.29：1：47.65，（EU为离子液体），反应温度为180℃，晶化时间为3天。ZnPO4-2分子筛是较规则的棍状单晶，晶体尺寸为60×14×3μm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 沸石分子筛概述
• 1.1.1 沸石分子筛的起源
• 1.1.2 沸石分子筛的发展
• 1.2 磷酸铝分子筛简介
• 1.3 磷酸锌分子筛简介
• 1.4 沸石分子筛的合成方法
• 1.4.1 水热合成法
• 1.4.2 非水溶剂合成法
• 1.4.3 蒸气相合成法
• 1.4.4 离子液体热合成法
• 1.5 离子液体结构、分类及性质
• 1.5.1 离子液体的结构、分类
• 1.5.2 离子液体的性质
• 1.5.2.1 熔点
• 1.5.2.2 电导率
• 1.5.2.3 稳定性
• 1.6 离子液体体系中分子筛合成的意义
• 1.7 离子液体体系中磷酸铝分子筛的合成
• 1.8 选题背景及研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 合成原料
• 2.2 分子筛的合成方法
• 2.2.1 离子液体体系中磷酸铝分子筛的合成
• 2.2.2 离子液体体系中磷酸锌分子筛的合成
• 2.3 分子筛物理化学性能表征方法
• 2.3.1 XRD表征
• 2.3.2 SEM表征
• 2.3.3 TG表征
• 2.3.4 FT-IR表征
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 离子液体体系中磷酸铝分子筛的合成
• 3.1.1 苯甲酸/氯化胆碱体系中ZON分子筛的合成规律
• 3.1.2 苯甲酸/氯化胆碱体系中合成的ZON分子筛的物化表征
• 3.1.2.1 物相确定
• 3.1.2.2 形貌分析
• 3.1.2.3 TG分析
• 3.1.2.4 FT-IR分析
• 3.1.2.5 小结
• 4-CJ₂分子筛的合成规律'>3.1.3 尿素/季铵盐体系中AlPO₄-CJ₂分子筛的合成规律
• 3.1.3.1 不同P/Al对合成样品的影响
• 4-CJ₂分子筛的物化表征'>3.1.4 尿素/季铵盐体系中合成的AlPO₄-CJ₂分子筛的物化表征
• 3.1.4.1 XRD分析
• 3.1.4.2 形貌分析
• 3.1.4.3 TG分析
• 3.1.4.4 FT-IR分析
• 3.1.4.5 小结
• 3.2 离子液体体系中磷酸锌分子筛的合成
• 4）ZnPO₄-HEX分子筛的合成规律'>3.2.1 尿素/氯化胆碱体系中（NH₄）ZnPO₄-HEX分子筛的合成规律
• 3.2.1.1 物相确定
• -/Zn对合成样品的影响'>3.2.1.2 不同F^-/Zn对合成样品的影响
• 3.2.1.3 不同P/Zn对合成样品的影响
• 3.2.1.4 不同晶化时间对合成样品的影响
• 3.2.1.5 不同晶化温度对合成样品的影响
• 4）ZnPO₄-HEX分子筛的物化表征'>3.2.2 尿素/氯化胆碱体系中（NH₄）ZnPO₄-HEX分子筛的物化表征
• 3.2.2.1 形貌分析
• 3.2.2.2 TG分析
• 3.2.2.3 FT-IR分析
• 3.2.2.4 小结
• 3.2.3 1,3-二甲基尿素/四乙基溴化铵体系中磷酸锌分子筛的合成规律
• 3.2.3.1 物相确定
• 3.2.3.2 不同P/Zn对合成样品的影响
• -/Zn对合成样品的影响'>3.2.3.3 不同F^-/Zn对合成样品的影响
• 3.2.4 1,3-二甲基尿素/四乙基溴化铵体系中磷酸锌分子筛的物化表征
• 3.2.4.1 形貌分析
• 3.2.4.2 TG分析
• 3.2.4.3 FT-IR分析
• 3.2.4.4 小结
• 3.2.5 1,3-二甲基尿素/缩节胺体系中磷酸锌分子筛的合成规律
• 3.2.5.1 物相确定
• -/Zn对合成样品的影响'>3.2.5.2 不同F^-/Zn对合成样品的影响
• 3.2.6 1,3-二甲基尿素/缩节胺体系中磷酸锌分子筛的物化表征
• 3.2.6.1 形貌分析
• 3.2.6.2 TG分析
• 3.2.6.3 FT-IR分析
• 3.2.6.4 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文