中孔金属氧化物（氧化铝、氧化镍等）的合成、表征及催化研究

论文摘要

自1992年，M41S系列中孔氧化硅基材料的问世以来，不同化学组成的中孔材料作为一种新型材料引起了众多研究者的关注。而随着我国社会和经济的发展，石油资源结构和化工原料结构向重碳、大分子方向发展，要求使用具有大孔容、大表面积的催化剂来消除因原料结构大分子化带来的影响。作为使用最为广泛的催化剂和载体，制备具有大比表面积的中孔氧化铝材料具有极其重要的应用价值。在本论文中，采用两种不同的合成路线合成出了中孔氧化铝，并采用XRD、TG-DTA、TEM、SEM、N2吸附、FTIR等表征手段对所合成的中孔氧化铝材料及其晶化过程和合成规律进行了考察。 以阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）作为模板剂，我们首次得到了表面活性剂复合的氧化铝纳米管，直径在6-8nm，长度达到200nm以上。纳米管焙烧后就得到了中孔氧化铝AMA（Anionic，Mesoporous，Alumina）样品，500℃焙烧后AMA样品的比表面积为287.0m2·g-1，孔容为0.44cm3·g-1。 以中性的嵌段共聚物为模板剂，我们首次采用异丙醇铝为铝源替代常用的仲丁氧基铝制备了具有高热稳定性的中孔氧化铝NMA（Neutral，Mesoporous，Alumina）样品，在800℃焙烧后NMA样品仍保持了208.2m2·g-1的比表面积，孔容为0.44cm3·g-1。 在此基础上，制备了中孔Al2O3-NiO复合氧化物及中孔氧化铝为载体的Ni的催化剂，并采用XRF、TPR、H2-TPD和H2脉冲化学吸附等手段对催化剂进行了表征，并以1，2-二氯丙烷加氢脱氯制丙烯的反应对催化剂的催化性能进行了评价。中孔Al2O3-NiO复合氧化物中可以含有更高的Ni的含量，由此而具有了更好的活性和选择性。经过30h实验后，转化率仍保持在94％以上，丙烯的选择性保持在70％左右。 我们还以SDS为模板剂，对其他的过渡金属进行了中孔氧化物合成的尝试，得到了一种表面活性剂复合氧化铜的微米级管状结构，并对其形成的规律进行了考察，对其形成的机理进行了初步的讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 绪论
• 1.2 氧化铝概述
• 1.2.1 氧化铝的种类
• 1.2.2 氧化铝载体的孔结构
• 1.2.3 氧化铝载体在催化剂中的应用
• 1.3 有序中孔材料概述
• 1.3.1 中孔材料的合成机理
• 1.3.2 非氧化硅基有序中孔材料的合成方法
• 1.3.3 中孔金属氧化物
• 1.3.3.1 氧化铝
• 1.3.3.1.1 合成
• 1.3.3.1.2 催化研究
• 1.3.3.1.3 氧化铝纳米管
• 1.3.3.2 其他中孔金属氧化物
• 1.4 论文研究思路及安排
• 第二章 实验总述
• 2.1 实验原料
• 2.2 中孔氧化铝的合成和催化剂的制备方法
• 2.3 中孔氧化铝及催化剂的结构、组成、吸附及光谱性能的表征
• 2.3.1 X-射线衍射物相分析
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）实验
• 2.3.3 透射电镜（TEM）实验
• 2.3.4 元素分析
• 2.3.5 比表面积和孔分布测定
• 2.3.6 热分析
• 2.3.7 红外（IR）光谱表征
• 2.3.8 程序升温还原（TPR）
• 2的脉冲化学吸附及程序升温脱附'>2.3.9 H₂的脉冲化学吸附及程序升温脱附
• 2.3.10 1,2-二氯丙烷（DCPA）加氢脱氯反应
• 第三章 氧化铝纳米管的合成
• 3.1 绪论
• 3.2 氧化铝纳米管的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 形貌分析
• 3.3.2 XRD
• 3.3.3 模板剂的脱除
• 3.3.4 红外光谱表征
• 3.3.5 热稳定性表征
• 3.3.6 氮气物理吸附-脱附表征
• 3.4 本章小结
• 第四章 阴离子模板合成中孔氧化铝的合成规律研究
• 4.1 绪论
• 4.2 阴离子模板合成中孔氧化铝AMA的晶化过程及合成规律的研究
• 4.2.1 pH值及碱源的影响
• 4.2.2 铝源的影响
• 4.2.3 表面活性剂浓度的影响
• 4.2.4 晶化温度和晶化时间的影响
• 4.2.5 初始混合物配制过程的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 中性模板合成中孔氧化铝
• 5.1 绪论
• 5.2 NMA中孔氧化铝的合成
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 样品的XRD结果
• 5.3.2 合成条件的影响
• 5.3.2.1 模板剂溶解时间的影响
• 5.3.2.2 合成温度的影响
• 5.3.2.3 铝源水解速度的影响
• 5.3.2.4 铝源溶解时间的影响
• 5.3.3 样品的热分析
• 5.3.4 样品的FTIR振动光谱
• 5.3.5 样品的物相结构
• 5.3.6 样品的孔结构和比表面测定
• 5.4 本章小结
• 2O₃-NiO的合成'>第六章 中孔Al₂O₃-NiO的合成
• 6.1 绪论
• 2O₃-NiO的合成'>6.2 中孔Al₂O₃-NiO的合成
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 样品的组成
• 6.3.2 样品的物相分析
• 2物理吸附'>6.3.3 N₂物理吸附
• 6.4 本章小结
• 2O₃-NiO的催化性能——加氢脱氯反应'>第七章 中孔氧化铝及Al₂O₃-NiO的催化性能——加氢脱氯反应
• 7.1 引言
• 7.2 催化剂的制备
• 7.3 催化剂的表征
• 7.3.1 催化剂的组成
• 7.3.2 催化剂的物相分析
• 2物理吸附'>7.3.3 N₂物理吸附
• 7.3.4 催化剂的程序升温还原
• 2程序升温脱附'>7.3.5 催化剂的H₂程序升温脱附
• 2的脉冲化学吸附'>7.3.6 催化剂的H₂的脉冲化学吸附
• 7.4 催化剂的加氢脱氯反应评价
• 7.4.1 不同催化剂的反应性能
• 7.4.2 不同反应条件下的结果
• 7.5 本章小结
• 第八章 其他中孔金属氧化物合成尝试
• 8.1 其他金属氧化物的合成、XRD、SEM
• 8.2 氧化铜微米管的合成规律研究
• 8.2.1 表面活性剂浓度的影响
• 8.2.2 晶化温度的影响
• 8.2.3 晶化时间的影响
• 8.3 形成机理
• 8.4 本章小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 创新点
• 9.3 展望
• 作者简介及发表文章目录
• 致谢