中孔氧化铝材料的合成、表征和催化应用研究

论文摘要

氧化铝被广泛地应用在催化、吸附、功能材料等诸多领域中,它的性质和应用主要取决于其孔结构、形貌、晶相等。因此,本论文主要围绕合成具有可控孔道结构和形貌的中孔氧化铝材料展开研究。利用薄姆石溶胶-表面活性剂体系成功制备出中孔γ-Al2O3材料,表面活性剂的类型、前体的性质以及合成参数均对产物的孔结构有重要影响。与离子型表面活性剂不同,非离子型表面活性剂在合成过程中发挥了与液晶模板完全不同的结构导向作用,通过对前体形貌的修饰以及诱导胶粒的堆积来导向中孔结构的生成。产物的晶态骨架以及特殊的脚手架状形貌使其具有高比表面积、大孔隙率和高热稳定性。进一步研究发现,廉价的羟基酸也能作为结构导向剂,通过和薄姆石胶粒间的配位作用控制氧化铝中孔结构的形成。首次以中孔碳为模板采用纳米塑型法制备出有序中孔γ-Al2O3材料。铝前体对碳模板的充分填充保证了产物结构的稳定性,而控制气氛分段焙烧的方法在维持孔道有序性的同时实现了孔壁的结晶。利用硝酸铝-氨水-尿素-表面活性剂体系得到了不同形貌的中孔氧化铝,表面活性剂既是中孔结构形成的模板剂,又控制了产物形貌的形成。选择了二氧化硫的催化还原和甲烷的低温燃烧作为探针反应,考察中孔氧化铝作为催化剂载体的应用性能。中孔氧化铝载体不仅能高分散所负载的活性组分,同时促进了反应过程中的质量传递,因此显著地提高了催化剂的反应活性和选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 氢氧化铝和过渡态氧化铝
• 1.2.1 氢氧化铝的变体
• 1.2.2 氧化铝的过渡态
• 20₃ 的性质与制备方法'>1.2.3 γ-Al₂0₃的性质与制备方法
• 1.3 中孔氧化铝合成的研究进展
• 1.3.1 电化学法
• 1.3.2 溶胶-凝胶法
• 1.3.2.1 以粒度分布均一的铝溶胶为前体
• 1.3.2.2 以铝醇盐为前体的可控水解
• 1.3.3 表面活性剂模板法
• 1.3.3.1 概述
• 1.3.3.2 以中性表面活性剂为模板
• 1.3.3.3 以离子型表面活性剂为模板
• 1.3.3.4 复合模板作用
• 1.3.3.5 孔道规则有序的中孔氧化铝
• 1.3.3.6 骨架为晶态的中孔氧化铝
• 1.3.4 其它方法
• 1.4 中孔氧化铝应用的研究进展
• x 的脱除'>1.4.1 NO_x的脱除
• 1.4.2 选择加氢与加氢消除反应
• 1.4.3 复分解反应
• 1.4.4 氧化反应
• 1.4.5 用作吸附剂
• 1.5 论文工作设想
• 参考文献
• 第二章 实验方法
• 2.1 主要试剂
• 2.2 薄姆石溶胶前体的制备
• 2.2.1 以薄姆石粉为原料的BP 溶胶
• 2.2.2 以硝酸铝为原料的AN 溶胶
• 2.3 材料的表征
• 2.3.1 比表面积和孔结构的测定
• 2.3.2 粉末X 射线衍射（XRD）
• 27Al 魔角固体核磁共振谱(²⁷Al MAS NMR)'>2.3.3²⁷Al 魔角固体核磁共振谱(²⁷Al MAS NMR)
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.5 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3.6 热重-差热分析（TG-DTA）
• 2.3.7 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 3-程序升温脱附（NH3-TPD）'>2.3.8 NH₃-程序升温脱附（NH3-TPD）
• 2-程序升温脱附（C02-TPD）'>2.3.9 CO₂-程序升温脱附（C02-TPD）
• 参考文献
• 第三章 以非离子型表面活性剂制备中孔氧化铝
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 酸性条件下合成
• 3.2.2 碱性条件下合成
• 3.2.3 热稳定性的评价
• 3.3 酸性条件下中孔氧化铝的合成
• 3.3.1 微观形貌特征
• 3.3.2 骨架的晶态组成
• 3.3.3 合成条件对孔道结构的影响
• 3.4 碱性条件下中孔氧化铝的合成
• 3.4.1 微观形貌特征
• 3.4.2 合成条件对孔道结构的影响
• 3.5 热稳定性
• 3.5.1 孔道结构参数
• 3.5.2 晶相转变与烧结
• 3.5.3 微观形貌的影响
• 3.5.4 合成方法的拓展
• 3.6 表面活性剂和前体间的相互作用
• 3.7 小结
• 参考文献
• 第四章 以离子型表面活性剂为模板制备中孔氧化铝
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 微观形貌特征
• 4.3.2 骨架的晶态组成
• 4.3.3 合成条件对孔道结构的影响
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 非表面活性剂模板法制备中孔氧化铝
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 羟基酸作用下中孔氧化铝的合成
• 5.2.2 聚乙二醇作用下中孔氧化铝的合成
• 5.3 羟基酸的加入对产物孔道结构的影响
• 5.3.1 微观形貌特征
• 5.3.2 孔道结构参数
• 5.4 干燥温度对产物孔道结构的影响
• 5.4.1 孔道结构参数
• 5.4.2 孔壁的结晶度
• 5.4.3 柠檬酸与薄姆石前体间的相互作用
• 5.5 柠檬酸加入量对产物孔道结构的影响
• 5.5.1 孔道结构参数
• 5.5.2 孔壁的结晶度
• 5.5.3 柠檬酸与薄姆石前体间的相互作用
• 5.6 以聚乙二醇为造孔剂制备中孔氧化铝
• 5.7 合成机理的探讨
• 5.8 小结
• 参考文献
• 第六章 硬模板法制备有序中孔氧化铝
• 6.1 引言
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 中孔硅和中孔碳模板的合成
• 6.2.2 有序中孔氧化铝的合成
• 6.2.2.1 以异丁醇铝为前体
• 6.2.2.2 以薄姆石溶胶为前体
• 6.2.2.3 以硝酸铝为前体
• 6.3 中孔硅和中孔碳模板的孔道结构
• 6.4 有序中孔氧化铝的合成与表征
• 6.4.1 异丁醇铝体系
• 6.4.2 薄姆石溶胶体系
• 6.4.3 硝酸铝-乙醇-氨水体系
• 6.4.3.1 合成途径的设计
• 6.4.3.2 产物孔道结构的表征
• 6.4.3.3 影响孔道有序性的因素
• 6.4.3.4 孔道结构的调控
• 6.5 小结
• 参考文献
• 第七章 可控形貌中孔氧化铝的合成
• 7.1 引言
• 7.2 实验方法
• 7.3 阳离子表面活性剂作用下中孔氧化铝的合成
• 7.3.1 反应物组成对产物孔结构和形貌的影响
• 7.3.2 水热处理对产物孔结构和形貌的影响
• 7.3.3 水热过程中的结构转变
• 7.4 阴离子表面活性剂作用下中孔氧化铝的合成
• 7.4.1 反应物组成对产物孔结构和形貌的影响
• 7.4.2 水热条件下三维花状形貌的生长过程
• 7.4.3 三维花状形貌生成机理的推测
• 7.5 小结
• 参考文献
• 第八章 中孔氧化铝的催化应用初探
• 8.1 引言
• 2'>8.2 CO 催化还原脱除SO₂
• 8.2.1 实验方法
• 8.2.1.1 催化剂的制备
• 8.2.1.2 催化剂的活性评价
• 8.2.2 结果与讨论
• 8.3 甲烷低温催化燃烧
• 8.3.1 实验方法
• 8.3.1.1 催化剂的制备
• 8.3.1.2 催化剂的活性评价
• 8.3.2 结果与讨论
• 8.3.2.1 中孔氧化铝载体对活性的影响
• 8.3.2.2 高温氧化铝载体对活性的影响
• 8.4 小结
• 参考文献
• 第九章 结论
• 展望
• 作者简介
• 已发表文章
• 致谢