第十一章-多孔材料--课件

第十一章第十一章 多孔材料多孔材料1.多孔材料及分类多孔材料及分类2.微孔材料微孔材料3.介孔材料介孔材料4.大孔材料大孔材料5.多孔材料的应用多孔材料的应用1ppt课件第十一章 多孔材料多孔材料及分类1ppt课件1.1.1.1.多孔材料及分类多孔材料及分类多孔材料及分类多孔材料及分类 国国际际纯纯化化学学及及应应用用化化学学联联合合会会按按孔孔径径的的大大小小对对多多孔孔材材料料进行了分类进行了分类：微孔微孔(孔径孔径 50 nm)。多多孔孔材材料料是是当当前前材材料料科科学学中中发发展展较较为为迅迅速速的的一一种种材材料料，特特别别是是孔孔径径在在纳纳米米级级的的多多孔孔材材料料，具具有有许许多多独独特特的的性性质质和和较较强强的的应应用用性性，引引起起了了科科学学界界及及工工商商界界的的重重视视。美美国国能能源源部部曾曾为为用用于于选选择择透透过过膜膜分分离离技技术术的的多多孔孔材材料料研研究究提提供供了了巨巨额资助。额资助。2ppt课件1.多孔材料及分类 国际纯化学及应用化学联合 1993年年，美美国国一一个个多多孔孔材材料料研研究究工工作作组组曾曾确确立立了了以以下下10个个方方面面作作为为多多孔孔材材料料在在工工业业生生产产上上的的可可能能应应用用：a.高高效效气气体体分分离离膜膜；b.化化学学过过程程的的催催化化膜膜；c.高高速速电电子子系系统统的的衬衬底底材料；材料；d.光学通讯材料的先驱体；光学通讯材料的先驱体；e.高效隔热材料；高效隔热材料；f.燃燃料料电电池池的的多多孔孔电电极极；g.电电池池的的分分离离介介质质和和电电极极；h.燃燃料料(包包括括天天然然气气和和氢氢气气)的的存存储储介介质质；i.环环境境净净化化的的选选择择吸收剂；吸收剂；j.可重复使用的特殊过滤装置。可重复使用的特殊过滤装置。多多孔孔材材料料的的研研究究范范围围很很广广，目目前前研研究究得得较较多多的的有有各各种种无无机机凝凝胶胶、有有机机凝凝胶胶、多多孔孔半半导导体体材材料料、多多孔孔金金属属材材料料等等。这这些些材材料料的的共共同同特特点点是是密密度度小小、孔孔隙隙率率高高、比比表表面面积积大大、对气体有选择性透过作用。对气体有选择性透过作用。一一般般说说来来，材材料料的的孔孔径径小小，则则气气体体的的渗渗透透性性差差而而选选择择透透过过性性好好；材材料料的的孔孔径径大大，则则气气体体的的渗渗透透性性好好而而选选择择透透过过性差性差。介孔材料两方面性能都好，因而受到广泛重视。介孔材料两方面性能都好，因而受到广泛重视。3ppt课件 1993年，美国一个多孔材料研究工作组曾确立了以微微孔孔材材料料多多为为沸沸石石分分子子筛筛，其其骨骨架架元元素素是是硅硅、铝铝(称称为为骨骨架架硅硅、铝铝)及及与与其其配配位位的的氧氧原原子子，也也可可以以用用磷磷、镓镓、锗锗、钒钒、钛钛、铬铬和和铁铁等等元元素素取取代代或或部部分分取取代代骨骨架架硅硅或或铝铝，而而形形成一些成一些杂原子型分子筛杂原子型分子筛。通通常常在在讨讨论论分分子子筛筛时时，除除非非特特别别指指明明骨骨架架元元素素外外，一一般均指硅铝分子筛。般均指硅铝分子筛。2.2.微孔材料微孔材料微孔材料微孔材料1 1）微孔材料的结构及特点）微孔材料的结构及特点）微孔材料的结构及特点）微孔材料的结构及特点4ppt课件微孔材料多为沸石分子筛，其骨架元素是硅、铝(称为骨架硅、铝)分子分子分子分子筛筛1932年，年，McBain提出了提出了“分子分子筛”的概念。分子的概念。分子筛是指具是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物物质。分子分子筛的的应用非常广泛，可以作高效干燥用非常广泛，可以作高效干燥剂、选择性吸附性吸附剂、催化、催化剂、离子交、离子交换剂等。等。常用分子常用分子筛为结晶晶态的硅酸的硅酸盐或硅或硅铝酸酸盐，是由硅氧四面，是由硅氧四面体或体或铝氧四面体通氧四面体通过氧氧桥键相相连而形成分子尺寸大小（通而形成分子尺寸大小（通常常为0.32 nm）的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和）的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。分大小不同的流体分子的能力。5ppt课件 分子筛1硅酸盐结构硅酸盐结构硅酸盐结构硅酸盐结构硅酸盐结构的图示法硅酸盐结构的图示法 硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络状，但其基本结构单元都是硅氧四面体。状，但其基本结构单元都是硅氧四面体。SiOOOO SiO44-(单聚正硅酸根单聚正硅酸根)从从 O Si 连连线投影，线投影，得到平面得到平面图形，中心是图形，中心是 Si和一个和一个 O 的重叠，的重叠，则单聚正硅酸根可表示如右图：则单聚正硅酸根可表示如右图：焦硅酸根焦硅酸根 Si2O76-二聚硅酸根二聚硅酸根6ppt课件硅酸盐结构硅酸盐结构的图示法SiOOOO SiO4硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链：这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即成成纤维状硅酸盐，如石棉。纤维状硅酸盐，如石棉。通式通式 Si n O 3n+1 (2n+2)-石棉石棉 7ppt课件硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链：硅氧四面体共用两硅氧四面体共用两个顶点，形成环状阴个顶点，形成环状阴离子结构离子结构：如：如绿柱石绿柱石 Be3Al2(SiO3)6 8ppt课件 硅氧四面体共用两个顶点，形成环状阴离子结构：如绿 SiO44-共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层与层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐。与层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐。如云母如云母 KMg3(OH)2 Si3 AlO10 金云母金云母9ppt课件 SiO44-共三个顶点相联，可形成片状 SiO44-共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。沸石有微孔，有笼，有吸附性。孔道规格均一。沸石有微孔，有笼，有吸附性。孔道规格均一。根据孔径的大小，可筛选分子，称根据孔径的大小，可筛选分子，称沸石分子筛。沸石分子筛。由于沸石分子筛的孔道一致，故对分子的选择性强，不同于由于沸石分子筛的孔道一致，故对分子的选择性强，不同于活性炭，见下图的对比。活性炭，见下图的对比。活性炭活性炭分子半径分子半径吸附量吸附量沸石分子筛沸石分子筛分子半径分子半径吸附量吸附量 石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。10ppt课件 SiO44-共用四个顶点，结成三维网络状A型沸石型沸石 Na2O Al2O3 2SiO2 5H2O硅铝硅铝分子筛分子筛分子筛分子筛 (Molecular sieves)(Molecular sieves)沸石沸石沸石沸石(Zeolites)(Zeolites)的组成和结构的组成和结构的组成和结构的组成和结构 沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的 SiO4和和 AlO4 四面体组成四面体组成.分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途 离子交换功能离子交换功能 吸附功能吸附功能 分离功能分离功能 催化功能催化功能 A型沸石的结构骨架型沸石的结构骨架11ppt课件A型沸石 Na2O Al2O3 2SiO2 5H2O构构成成硅硅铝铝沸沸石石分分子子筛筛骨骨架架的的最最基基本本结结构构单单元元是是硅硅氧氧四四面面体体(SiO4)和和铝铝氧氧四四面面体体(AlO4)，在在磷磷酸酸铝铝分分子子筛筛中中，则则为为磷磷氧氧四四面面体体(PO4)。在在这这些些四四面面体体中中，硅硅、铝铝和和磷磷都都以以高高价价氧氧化化态态的的形形式式出出现现，采采取取SP3杂杂化化轨轨道道与与氧氧原原子子成成键键。由由于于硅硅或或铝铝的的原原子子半半径径比比氧氧原原子子半半径径小小得得多多，因因此此，它它们们处处于于氧氧原原子子组组成成的的四四面面体体的的包包围围之之中中，这这些些四四面面体体又又通通过过氧氧桥桥连接成不同的骨架结构。连接成不同的骨架结构。12ppt课件构成硅铝沸石分子筛骨架的最基本结构单元是硅氧四面体(SiO4 沸石分子筛具有如下特点：沸石分子筛具有如下特点：在在分分子子筛筛骨骨架架结结构构中中形形成成许许多多有有规规则则的的孔孔道道和和空空腔腔，这这些些孔孔道道和和空空腔腔在在分分子子筛筛形形成成过过程程中中充充满满着着水水分分子子和和一一些些阳阳离离子子，其其中中水水分分子子可可以以通通过过加加热热脱脱除除，形形成成有有规规则则的的孔孔道道和和空空腔腔结结构构骨骨架架，通通道道的的尺尺寸寸大大到到足足够够允允许许客客体体分子通过，而阳离子则定位在孔道或空腔中一定位置上。分子通过，而阳离子则定位在孔道或空腔中一定位置上。在在孔孔道道和和空空腔腔中中的的阳阳离离子子是是可可以以交交换换的的，经经阳阳离离子子交交换换后后，可可以以使使分分子子筛筛的的催催化化及及吸吸附附性性能能产产生生较较大大的的变变化化，例例如如A型型分分子子筛筛骨骨架架中中的的钠钠离离子子可可以以被被K+、Ca2+所所交交换换。不不同同离离子子交交换换后后的的A型型分分子子筛筛的的吸吸附附有有效效孔孔径径会会发发生生变变化化；用用稀稀土土离离子子交交换换后后的的Y型型分分子子筛筛具具有有很很好好的的催催化化反应活性。反应活性。13ppt课件 沸石2 2）微孔材料的合成及机理）微孔材料的合成及机理）微孔材料的合成及机理）微孔材料的合成及机理传传统统的的分分子子筛筛合合成成是是以以水水玻玻璃璃和和偏偏铝铝酸酸钠钠为为原原理理制制备备硅铝分子筛，其基本化学过程为硅铝分子筛，其基本化学过程为成成胶胶：一一定定比比例例的的NaAlO2和和Na2SiO3在在有有相相当当高高的的pH值的水溶液中形成碱性值的水溶液中形成碱性硅铝凝胶硅铝凝胶。a a）分子筛的合成）分子筛的合成）分子筛的合成）分子筛的合成 晶晶化化：在在适适当当的的温温度度下下及及相相应应饱饱和和水水蒸蒸气气压压力力下下，处处于于过过饱饱和和态态的的硅硅铝铝凝凝胶胶转转化化为为结结晶晶。不不同同类类型型的的分分子子筛筛的的合成方法如下图所示。合成方法如下图所示。14ppt课件2）微孔材料的合成及机理传统的分子筛合成是以水玻璃和偏铝酸钠15ppt课件15ppt课件 近近年年来来，由由于于技技术术的的发发展展，分分子子筛筛的的合合成成由由传传统统的的水水玻玻璃璃和和偏偏铝铝酸酸钠钠为为原原料料向向以以天天然然的的黏黏土土为为原原料料，在在碱碱性性条条件件下下直直接接水水热热合合成成分分子子筛筛的的方方向向发发展展，比比较较成成功功的的是是以以高高岭土为原料合成岭土为原料合成A型和型和Y型分子筛型分子筛。在在以以高高岭岭土土为为原原料料时时，首首先先必必须须将将高高岭岭土土活活化化，即即在在750900oC条条件件下下灼灼烧烧脱脱水水形形成成偏偏高高岭岭土土。偏偏高高岭岭土土在在一一定定的的碱碱性性和和硅硅铝铝比比的的条条件件下下，于于100150oC水水热热处处理理46h，即即可可得得到到晶晶体体结结构构不不同同的的A型型分分子子筛筛；Y型型分分子子筛筛则则反反应应条条件比较苛刻，硅铝比也要以高模数的水玻璃配制。件比较苛刻，硅铝比也要以高模数的水玻璃配制。以以高高岭岭土土为为原原料料制制备备分分子子筛筛的的优优点点是是高高岭岭土土的的硅硅铝铝比比和和A型型分分子子筛筛的的硅硅铝铝比比相相近近，因因此此分分子子筛筛的的硅硅源源和和铝铝源源可可以以由由同同一一种种天天然然黏黏土土矿矿提提供供，可可以以避避免免使使用用纯纯度度高高的的单单组组分分原原料料，降降低低了了生生产产成成本本，提提高高了了黏黏土土矿矿的的应应用用领领域域和和产产品品的的价值。价值。16ppt课件 近年来，由于技术的发展，分子筛的合成由传统b)b)分子筛转化机理分子筛转化机理分子筛转化机理分子筛转化机理 沸沸石石的的生生成成涉涉及及硅硅酸酸根根与与铝铝酸酸根根的的缩缩聚聚反反应应；溶溶胶胶的的形形成成、结结构构和和转转变变，凝凝胶胶的的生生成成和和结结构构；沸沸石石的的成成核核，沸沸石石的的晶晶体体生生长长以以及及硅硅酸酸根根的的聚聚合合态态和和结结构构；硅硅铝铝酸酸根根的的结结构，亚稳相的性质和转变等。构，亚稳相的性质和转变等。固固相相转转变变机机理理也也称称为为固固相相机机理理，由由D.W.Breck和和E.M.Flanigen在在对对硅硅酸酸盐盐化化学学分分析析和和电电镜镜研研究究的的基基础础上上提提出出来来的的。他他们们发发现现，沸沸石石晶晶化化过过程程总总是是伴伴随随着着无无定定形形凝凝胶胶固固相相的的形形成成，而而初初始始凝凝胶胶的的组组成成总总是是和和最最终终沸沸石石产产物物的的组组成成相相似。似。）、固相转变机理、固相转变机理、固相转变机理、固相转变机理17ppt课件b)分子筛转化机理 沸石的生成涉及硅酸根与铝酸 固固相相机机理理认认为为，在在晶晶化化过过程程中中既既没没有有凝凝胶胶固固相相的的溶溶解解，也也没没有有液液相相直直接接参参与与沸沸石石的的成成核核与与晶晶体体生生长长。在在凝凝胶胶固固相相中中，由由于于硅硅铝铝酸酸盐盐骨骨架架缩缩聚聚、重重排排而而导导致致沸沸石石的的成成核核和和晶晶体的生长。体的生长。固相转化固相转化固相转化固相转化机理示意图机理示意图机理示意图机理示意图18ppt课件 固相机理认为，在晶化过程中既没有凝胶固相的溶 液液相相转转变变机机理理也也称称为为液液相相机机理理，与与固固相相机机理理的的分分歧歧主主要要在在于于液液相相组组分分是是否否参参与与了了沸沸石石的的晶晶化化。这这两两种种观观点点是是互互相相对对立立的的，各各有有各各自自的的实实验验依依据据。从从目目前前来来看看，关关于于液液相相机理的实验依据较多，而且较充分。机理的实验依据较多，而且较充分。ii)ii)液相转变机理液相转变机理液相转变机理液相转变机理液相转化机理示意图液相转化机理示意图液相转化机理示意图液相转化机理示意图19ppt课件 液相转变机理也称为液相机理，与固相机理的分 Zhdanov等等人人详详细细地地论论述述了了液液相相机机理理，并并用用实实验验加加以以证证明明。他他们们认认为为沸沸石石晶晶核核是是在在液液相相中中或或在在凝凝胶胶的的界界面面上上形形成成的的，晶晶核核生生长长消消耗耗溶溶液液中中的的硅硅酸酸根根水水合合离离子子：溶溶液液提提供供了了沸沸石石晶晶体体生生长长所所需需要要的的可可溶溶性性结结构构单单元元，晶晶化化过过程程中中液液相相组组分分的的消消耗导致了凝胶固相的继续溶解。耗导致了凝胶固相的继续溶解。Kerr和和Oiric等等从从A型型沸沸石石的的研研究究中中提提出出了了液液相相机机理理，认认为为沸沸石石晶晶体体是是从从溶溶液液中中生生长长的的，初初始始凝凝胶胶至至少少是是部部分分地地溶溶解解到到溶溶液液中中，形形成成溶溶液液中中活活性性的的硅硅酸酸根根和和铝铝酸酸根根离离子子，它它们们又又进进一一步步连连接接，构构成成沸沸石石晶晶体体的的结结构构单单元元，并并且且逐逐步步形形成成沸沸石石晶晶体。体。20ppt课件 Zhdanov等人详细地论述了液相机理，并液相转化由以下三步组成：液相转化由以下三步组成：初初级级硅硅铝铝酸酸盐盐凝凝胶胶的的生生成成：合合成成A型型沸沸石石的的原原料料组组成成为为1.98Na2OAl2O31.96SiO283H2O，当当原原料料混混合合后后立立即即生生成凝胶，在初始时，体系组成基本上是稳定的。成凝胶，在初始时，体系组成基本上是稳定的。次次级级硅硅铝铝酸酸盐盐凝凝胶胶的的生生成成：将将初初级级凝凝胶胶加加热热到到96oC后后，初初级级凝凝胶胶的的组组成成与与结结构构发发生生了了变变化化。液液相相中中Al(OH)4-几几乎乎全全部部与与硅硅酸酸根根离离子子进进一一步步缩缩聚聚而而成成了了结结构构比比较较紧紧密密的的次次级级凝凝胶胶，此此时时固固相相含含量量增增加加，平平均均粒粒度度变变小小。初初级级凝凝胶胶中中另另一一些些结结构构的的硅硅酸酸根根离离子子进进入入液液相相。虽虽然然由由于于加加热热使使凝凝胶胶的的组组成成与与结结构构发发生生变变化化，然然而而并并不不存存在在直直接接由由凝凝胶胶固固相相转转化化成成晶晶态态沸沸石石的的过过程程。液液相相组组成成的的变变化化说说明明从从初初级级凝凝胶胶到到次次级级凝凝胶胶是是通通过过一一个个全全部部或或局局部部的的重重新新溶溶解解沉沉淀淀过过程程来来实实现现的。的。21ppt课件液相转化由以下三步组成：初级硅铝酸盐凝胶的生成：合成A型沸石次次级级凝凝胶胶的的晶晶化化：晶晶化化过过程程中中固固相相SiO2/Al2O3比比值值下下降降，液液相相中中SiO2/Al2O3比比值值上上升升。这这说说明明晶晶化化过过程程是是通通过过次次级级凝凝胶胶的的溶溶解解来来实实现现晶晶化化的的，硅硅酸酸根根离离子子Raman谱谱图图形形状状发发生生了了变变化化，Angell等等人人认认为为，这这是是由由于于溶溶液液中中酸酸根根离离子子的的聚聚合合态态和和结结构构发发生生了了变变化化，即即在在晶晶化化过过程程中中不不仅仅液液相相的的组组成成发发生生了了变变化化，而而且且液液相相中中硅硅酸酸根根的的状状态态也也有有所所改改变变所所致致。这这些些事事实实说说明明，次次级级凝凝胶胶的的晶晶化化也也是是通通过过溶溶解解再再缩缩聚聚的的过过程程。在在A型型沸沸石石形形成成过过程程中中，有有凝凝胶胶的的溶溶解解和固、液相之间的物质传递过程存在。和固、液相之间的物质传递过程存在。液相转化由以下三步组成：液相转化由以下三步组成：22ppt课件次级凝胶的晶化：晶化过程中固相SiO2/Al2O3比值下降，近近年年来来，国国内内外外有有人人提提出出双双相相转转变变机机理理，认认为为沸沸石石晶晶化化的的固固相相转转变变和和液液相相转转变变都都是是存存在在的的，它它们们可可以以分分别别发发生生在两种反应体系中，也可同时在一个体系中发生。在两种反应体系中，也可同时在一个体系中发生。iii)iii)双相转变机理双相转变机理双相转变机理双相转变机理 除除以以上上三三种种转转变变机机理理外外，还还有有学学者者提提出出了了液液相相中中硅硅酸酸根根与与铝铝酸酸根根离离子子的的聚聚合合反反应应机机理理和和阳阳离离子子的的模模板板效效应应机机理理来解释沸石的生成。来解释沸石的生成。23ppt课件 近年来，国内外有人提出双相转变机理，认为沸3 3）微孔材料的改性技术）微孔材料的改性技术）微孔材料的改性技术）微孔材料的改性技术 分分子子筛筛的的改改性性包包括括两两方方面面的的改改性性，即即离离子子交交换换改改性性和和骨骨架架置置换换，骨骨架架置置换换又又可可分分为为气气固固相相置置换换法法和和液液固固相相置置换换法。法。a)a)离子交换改性离子交换改性离子交换改性离子交换改性 离离子子交交换换是是最最常常用用也也最最易易行行的的沸沸石石改改性性方方法法，有有着着广广泛泛的的应应用用。广广义义地地讲讲，它它包包括括沸沸石石骨骨架架内内的的阳阳离离子子交交换换和和骨架外的补偿阳离子交换骨架外的补偿阳离子交换。骨骨架架内内阳阳离离子子的的交交换换既既可可以以在在合合成成的的过过程程中中进进行行也也可可以以在在合合成成后后进进行行，前前者者是是通通过过沸沸石石合合成成的的一一般般方方法法可可以以实实现现，后后者者则则要要通通过过特特殊殊的的取取代代反反应应。对对前前者者，一一个个典典型型的的例例子子是是钛硅分子筛钛硅分子筛TS-1的制备。的制备。24ppt课件3）微孔材料的改性技术 分子筛的改性包括两方钛硅分子筛钛硅分子筛钛硅分子筛钛硅分子筛TS-1TS-1TS-1是一种钛硅分子筛，属是一种钛硅分子筛，属Pentasil型杂原子分子筛，正型杂原子分子筛，正交晶系，具有以交晶系，具有以ZSM-5为代表的三维孔道结构，由为代表的三维孔道结构，由Z字形字形通道和与之相交的椭圆形直通道所组成。通道和与之相交的椭圆形直通道所组成。钛硅分子筛钛硅分子筛TS-1骨架中四配位的骨架中四配位的Ti是选择氧化反应的活性是选择氧化反应的活性中心，中心，TS-1因钛原子在骨架内的均匀分布而形成具有特殊因钛原子在骨架内的均匀分布而形成具有特殊性质的骨架性质的骨架Si-O-Ti键，这使得其在具有催化氧化活性的同键，这使得其在具有催化氧化活性的同时兼具有择形催化性能。由于骨架结构中不存在强酸性的时兼具有择形催化性能。由于骨架结构中不存在强酸性的A1离子，离子，TS-1具有强烈的憎水性，对有具有强烈的憎水性，对有H202参加的各种参加的各种有机化合物的择形氧化反应具有独特的催化性能，这类新有机化合物的择形氧化反应具有独特的催化性能，这类新一代催化材料被看作是绿色化学领域的新型催化剂。一代催化材料被看作是绿色化学领域的新型催化剂。TS-1分子筛已应用于烯烃的环氧化、环己酮的氨氧化、醇类的分子筛已应用于烯烃的环氧化、环己酮的氨氧化、醇类的氧化、饱和烃的氧化和芳烃（苯酚及苯）的羟基化等领域。氧化、饱和烃的氧化和芳烃（苯酚及苯）的羟基化等领域。25ppt课件钛硅分子筛TS-1TS-1是一种钛硅分子筛，属Pentasi1)金属离子与金属离子与Si、Al和和P要有相近的原子直径；要有相近的原子直径；2)金金属属离离子子可可以以通通过过四四面面体体配配位位在在骨骨架架中中。事事实实上上仅仅有有少少数数几几种种金金属属离离子子，如如Co、V、Mn、Ti、Ga等等，能能被被引引入入到到磷磷铝铝酸酸盐盐和和介介孔孔硅硅胶胶类类分分子子筛筛。相相对对而而言言，磷磷酸酸铝铝晶晶胞胞更更适适应应于于这这种种同同晶晶取取代代，但但是是这这样样得得到到的的材材料料比比原原始始材材料料稳稳定性要低。定性要低。理想的骨架内阳离子交换应该满足理想的骨架内阳离子交换应该满足：26ppt课件1)金属离子与Si、Al和P要有相近的原子直径；理想的骨架 通通常常所所说说的的离离子子交交换换是是指指骨骨架架外外的的补补偿偿阳阳离离子子交交换换。初初始始合合成成沸沸石石骨骨架架外外的的补补偿偿离离子子一一般般是是氢氢质质子子和和碱碱金金属属或或碱碱土土金金属属离离子子，一一般般为为钠钠型型，它它们们很很容容易易在在金金属属盐盐的的水水溶溶液中被离子交换制成各种价态的其它金属离子型沸石。液中被离子交换制成各种价态的其它金属离子型沸石。影响沸石离子交换的主要因素有：影响沸石离子交换的主要因素有：Si/Al比，骨架中铝越多，可交换中心越多；比，骨架中铝越多，可交换中心越多；沸石的结构类型和制备条件；沸石的结构类型和制备条件；交交换换离离子子的的水水解解度度；反反应应温温度度；是是否否存存在在其其它它可可交交换换离离子；被交换阳离子在沸石内的位置等。子；被交换阳离子在沸石内的位置等。27ppt课件 通常所说的离子交换是指骨架外的补偿阳离子交换。(1)用用SiCl4脱脱铝铝：H.K.Beyer用用SiCl4处处理理Y型型分分子子筛筛，在在适适当当的的反反应应条条件件下下沸沸石石骨骨架架中中的的铝铝可可以以被被硅硅置置换换，得得到到高高硅硅铝铝比比的的Y型型分分子子筛筛。沸沸石石脱脱铝铝程程度度主主要要取取决决于于反反应应时时间间，其其次次是是反反应应温温度度。Y型型沸沸石石的的反反应应温温度度范范围围是是510530oC，反应时间，反应时间2h，所得产物硅铝比范围为，所得产物硅铝比范围为40100。b)b)气固相置换法气固相置换法气固相置换法气固相置换法 (2)用用光光气气COCl2脱脱铝铝：由由无无机机物物通通过过氯氯化化反反应应可可以以除除去去某某种种杂杂质质得得到到启启示示，沸沸石石也也可可以以通通过过氯氯化化反反应应进进行行脱脱铝铝提提高高硅硅铝铝比比，这这种种既既作作氯氯化化剂剂又又作作脱脱铝铝剂剂的的物物质质是是COCl2。也也可可以以用用CO和和Cl2的的混混合合气气体体代代替替光光气气来来进进行行沸沸石石的的脱脱铝铝反反应应，因因为为CO与与Cl2甚甚至至在在室室温温下下即即可可化化合合生生成成光光气气，而而单独的单独的CO或或Cl2都不能作为有效的脱铝剂。都不能作为有效的脱铝剂。28ppt课件 (1)用SiCl4脱铝：H.K.Beye (3)用用AlCl3脱脱硅硅：沸沸石石的的催催化化活活性性与与其其骨骨架架中中铝铝的的含含量量有有直直接接联联系系，高高硅硅的的分分子子筛筛经经AlCl3蒸蒸气气处处理理、水水解解和和灼灼烧烧后，在这些沸石中可产生新的择形性强酸中心。后，在这些沸石中可产生新的择形性强酸中心。(4)气固相置换法合成杂原子分子筛气固相置换法合成杂原子分子筛：气气固固相相置置换换法法合合成成杂杂原原子子分分子子筛筛是是一一种种行行之之有有效效的的方方法法，可可以以简简便便地地将将Ti、B、Si等等杂杂原原子子引引入入到到硅硅铝铝分分子子筛筛和和AlPO4分分子子筛筛的的骨骨架架中中，因因此此，这这种种方方法法也也可可用用来来考考察察某某种种原子在沸石骨架中能否稳定存在。原子在沸石骨架中能否稳定存在。气气固固相相置置换换法法合合成成杂杂原原子子分分子子筛筛要要求求沸沸石石原原粉粉和和反反应应装装置要保持充分干燥。置要保持充分干燥。29ppt课件 (3)用AlCl3脱硅：沸石的催化活性与其骨c)c)液固相置换法液固相置换法液固相置换法液固相置换法 相相对对来来说说，沸沸石石骨骨架架中中的的Al比比较较不不稳稳定定，在在液液相相中中与与某某些些络络合合剂剂作作用用时时，骨骨架架Al可可以以被被络络合合进进入入液液相相而而留留下下空空位位，而而溶溶液液中中以以单单聚聚态态形形式式存存在在的的硅硅酸酸根根离离子子可可以以进进入入沸沸石石骨骨架架中中的的空空位位或或缺缺陷陷位位置置。这这种种固固液液相相置置换换过过程程又又叫叫反反晶晶化化过过程程，可可以以提提高高沸沸石石的的硅硅铝铝比比，是是改改善善性性能能的的一一种种有有效方法。效方法。(1)氟氟硅硅酸酸盐盐法法(NH4)2SiF6是是一一种种理理想想的的盐盐类类，在在溶溶液液中中发发生生水水解解生生成成H+、F-和和单单聚聚态态SiO44-离离子子。SiO44-离离子子可可以以进进入入沸沸石石骨骨架架空空间间，使使沸沸石石骨骨架架更更完完整整，从从而而提提高高硅硅铝铝比。比。(2)H4EDTA法法：H4EDTA是是一一种种很很好好的的络络合合剂剂，与与Al3+离离子子能能很很好好络络合合。将将稀稀溶溶液液加加入入到到沸沸石石中中进进行行反反应应，可可以以除除去沸石骨架中去沸石骨架中50的的Al原子，所得产物结晶度良好。原子，所得产物结晶度良好。30ppt课件c)液固相置换法 相对来说，沸石骨架中的Al比3.3.3.3.介孔材料介孔材料介孔材料介孔材料 中中孔孔分分子子筛筛指指以以表表面面活活性性剂剂为为模模板板剂剂，利利用用溶溶胶胶凝凝胶胶、乳乳化化或或微微乳乳化化等等化化学学过过程程，通通过过有有机机物物和和无无机机物物之之间间的的界界面面作作用用组组装装生生成成的的一一类类孔孔径径在在1.330nm之之间间、孔孔分分布布窄窄且且具具有有规规则则孔孔道道结结构构的的无无机机多多孔孔材材料料。它它的的出出现现以以1992年年美美孚孚（Mobil）公公司司的的研研究究人人员员首首次次合合成成出出M41S型型中中孔孔分分子子筛为标志，现已成为材料研究的热门之一。筛为标志，现已成为材料研究的热门之一。1)1)介孔材料的特性介孔材料的特性介孔材料的特性介孔材料的特性(孔径孔径 250 nm)31ppt课件3.介孔材料 中孔分子筛指以表面活性剂为模板剂，利用溶胶 中中孔孔分分子子筛筛的的结结构构和和性性能能介介于于无无定定形形无无机机多多孔孔材材料料(如如无无定定形形硅硅铝铝酸酸盐盐)和和具具有有晶晶体体结结构构的的无无机机多多孔孔材材料料(如如沸沸石石分分子筛子筛)之间，之间，其主要特征为其主要特征为:a.具具有有规规则则的的孔孔道道结结构构；b.孔孔径径分分布布窄窄，且且在在1.330nm之之间间可可以以调调节节；c.经经过过优优化化合合成成条条件件或或后后处处理理，可可具具有有很很好好的的热热稳稳定定性性和和一一定定的的水水热热稳稳定定性性；d.颗颗粒粒具具有有规规则则外外形形，且且可可在在微微米米尺尺度度内内保保持持高高度度的的孔孔道道有有序序性性。由由于于这这类类中中孔孔材材料料大大大大超超出出了了常常规规分分子子筛筛(孔孔径径1.5nm)的的孔孔径径范范围围且且稳稳定定性性好好，因因此此，它它的的研研究究对对催催化化作作用用、膜膜分分离离技术以及分子工程等方面均有显著意义技术以及分子工程等方面均有显著意义。32ppt课件 中孔分子筛的结构和性能介于无定形无机多孔材料(如无定形硅 目目前前合合成成中中孔孔分分子子筛筛主主要要采采用用水水热热合合成成法法、室室温温合合成成法法、微微波波合合成成法法、湿湿胶胶焙焙烧烧法法、相相转转变变法法，在在非非水水体体系系中中的的合合成也有少量报道。成也有少量报道。在在其其合合成成过过程程中中涉涉及及到到众众多多的的物物理理化化学学过过程程，如如从从表表面面活活性性剂剂的的角角度度涉涉及及到到胶胶束束、液液晶晶、乳乳状状液液、微微乳乳或或囊囊胞胞等等不不同同相相态态的的形形成成过过程程；从从无无机机物物种种来来考考虑虑将将涉涉及及到到溶溶胶胶凝凝胶胶过过程程、配配位位化化学学、无无机机物物种种的的不不同同化化学学状状态态的的热热力力学学分分布布和和无无机机物物种种的的缩缩聚聚动动力力学学等等；界界面面组组装装过过程程则则涉涉及及到到两两相相在在界界面面的的组组装装作作用用力力(如如静静电电作作用用、氢氢键键或或范范德德华华力力、配配位位键键等等)，且且最最终终的的两两相相组组装装结结构构将将是是热热力力学学和和几几何何因因素素两者均有利的结果两者均有利的结果。2)2)介孔材料的合成机理介孔材料的合成机理介孔材料的合成机理介孔材料的合成机理33ppt课件 目前合成中孔分子筛主要采用水热合成法、室温合成法、微波合 上上述述各各因因素素彼彼此此关关联联，使使得得合合成成过过程程中中的的每每一一步步骤骤都都可可能能对对产产物物的的结结构构和和性性能能产产生生影影响响，从从而而使使中中孔孔分分子子筛的合成规律复杂，增加了对其机理研究的难度。筛的合成规律复杂，增加了对其机理研究的难度。不不同同研研究究人人员员针针对对各各自自特特定定的的反反应应体体系系，运运用用EPR、XRD、TEM、SEM、FTIR、N2吸吸附附脱脱附附等等温温线线等等表表征征手手段段，对对其其机机理理提提出出了了不不同同的的看看法法，比比较较有有代代表表性性的的有以下两种观点。有以下两种观点。Electron Paramagnetic Resonance 34ppt课件 上述各因素彼此关联，使得合成过程中的每一步骤都第第一一种种观观点点为为液液晶晶模模板板机机理理(liquid crystal templating mechanism 或或liquid crystal phase initiated,LCT)。主主要要认认为为中中孔孔分分子子筛筛的的合合成成以以表表面面活活性性剂剂的的不不同同，溶溶致致液液晶晶相相为为模模板板。这这种种观观点点简简单单直直观观而而且且可可直直接接借借用用液液晶晶化化学学中中的的某某些些概概念念来来解解释释合合成成过过程程中中的的很很多多试试验验现现象象，因因此此在在M41S型型中中孔孔分分子子筛筛的的发发展展初初期期被被广广泛泛接接受受。但但是是，随随着着对对中中孔孔分分子筛研究的深入，子筛研究的深入，LCT机理面临了难以克服的两个问题。机理面临了难以克服的两个问题。一一是是Monnier等等人人在在1993年年发发现现在在硅硅酸酸盐盐不不发发生生缩缩聚聚和和CTAB Water体体系系中中只只有有胶胶团团存存在在时时，将将两两者者混混合合并并经经过过水水热热反反应应后后可可以以生生成成M41S型型中中孔孔分分子子筛筛。二二是是Huo等等人人在在1995年年用用双双阳阳离离子子型型表表面面活活性性剂剂合合成成出出了了含含有有笼笼结结构构的的三三维维六六角角相相产产物物SBA2，其其空空间间结结构构为为D6h4-P6/mmc，这这种种对对称结构在表面活性剂溶致液晶的相结构中尚未见报道。称结构在表面活性剂溶致液晶的相结构中尚未见报道。35ppt课件第一种观点为液晶模板机理(liquid crystal te第第二二种种观观点点，即即协协同同作作用用机机理理(cooperative formation mechanism 或或 silicate anion initiated,CFM)。CFM机机理理认认为为形形成成表表面面活活性性剂剂中中间间相相是是胶胶束束和和无无机机物物种种相相互互作作用用的的结结果果。这这种种相相互互作作用用表表现现为为胶胶束束加加速速无无机机物物种种的的缩缩聚聚过过程程和和无无机机物物种种的的缩缩聚聚反反应应，对对胶胶束束形形成成类类液液晶晶相相结结构构有有序序体体的的促促进进作作用用。胶胶束束加加速速无无机机物物种种的的缩缩聚聚过过程程主主要要由由于于两两相相界界面面之之间间的的相相互互作作用用导导致致无无机机物物种种在在界界面面的的浓浓缩缩而而产产生生。CFM机机理理有有助助于于解解释释中中孔孔分分子子筛筛合合成成中中的的诸诸多多实实验验现现象象，如如合合成成不不同同于于液液晶晶结结构构的的新新相相产产物物、低低表表面面活活性剂浓度下的合成以及合成过程中的相转变现象等。性剂浓度下的合成以及合成过程中的相转变现象等。36ppt课件第二种观点，即协同作用机理(cooperative form3)3)介孔分子筛的合成体系介孔分子筛的合成体系介孔分子筛的合成体系介孔分子筛的合成体系 典典型型的的介介孔孔分分子子筛筛的的合合成成体体系系由由表表面面活活性性剂剂有有机机相相、无无机机物物种种和和溶溶剂剂相相组组成成。选选择择无无机机物物种种的的主主要要理理论论依依据据是是溶溶胶胶凝凝胶胶化化学学，即即原原料料的的水水解解和和缩缩聚聚速速度度适适当当，且且经经过过水水热热过过程程等等处处理理后后可可以以提提高高其其缩缩聚聚程程度度。根根据据目目的的介介孔孔材材料料的的骨骨架架元元素素组组成成，无无机机物物种种可可以以是是直直接接加加入入的的无无机机盐盐，也也可可以以是是水水解解后后可可以以产产生生无无机机低低聚聚体体的的有有机机金金属属氧氧化化物物，如如Si(OEt)4、Si(OBu)4等。等。通通常常介介孔孔分分子子筛筛合合成成体体系系中中的的溶溶剂剂相相为为水水，根根据据溶溶剂剂相相pH值值的的不不同同，介介孔孔分分子子筛筛的的合合成成可可以以在在酸酸性性介介质质或或碱碱性性介介质质中中进进行行。酸酸性性条条件件有有利利于于介介孔孔结结构构单单元元组组装装成成具具有有一一定定形形状状(如如膜膜或或纤纤维维等等)的的介介孔孔材材料料，碱碱性性条条件件有有利利于于合合成成高高规规则则度度的的产产物物。但但非非水水体体系系中中的的合合成成在在最最新新的的文文献献中中也也有有报报道，成为介孔材料研究的新热点。道，成为介孔材料研究的新热点。乙氧乙氧-叔丁氧基硅烷叔丁氧基硅烷 37ppt课件3)介孔分子筛的合成体系 典型的介孔分子筛的合成体系由表 根根据据所所用用表表面面活活性性剂剂的的差差别别，介介孔孔分分子子筛筛的的合合成成体体系系可可以分为以分为单一表面活性剂体系和混合体系单一表面活性剂体系和混合体系。文文献献中中用用到到各各种种不不同同类类型型的的表表面面活活性性剂剂，其其中中低低分分子子量量的长链烷基季铵盐型阳离子表面活性剂是最常用的模板剂的长链烷基季铵盐型阳离子表面活性剂是最常用的模板剂。高高分分子子量量的的表表面面活活性性剂剂、带带多多功功能能团团的的表表面面活活性性剂剂、粒粒径径分分布布窄窄的的聚聚合合物物胶胶乳乳小小球球等等用用作作模模板板剂剂是是介介孔孔分分子子筛筛合合成成的的新新趋趋势势。不不同同类类型型的的表表面面活活性性剂剂对对产产物物的的结结构构和和性性能能产产生生重重要要影影响响，如如使使用用长长链链烷烷基基季季铵铵盐盐型型阳阳离离子子表表面面活活性性剂作模板剂合成出的介孔分子筛结构单一。剂作模板剂合成出的介孔分子筛结构单一。38ppt课件 根据所用表面活性剂的差别，介孔分子筛的合成体系可以分为单 使使用用非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂可可以以生生成成囊囊胞胞外外形形的的等等级级结结构构(MSU)，产产物物具具有有很很好好的的热热稳稳定定性性和和水水热热稳稳定定性性，但但孔孔道道分分布布长长程程有有序序性性差差。使使用用高高分分子子量量表表面面活活性性剂剂作作模模板板剂剂不不仅仅可可以以在在酸酸性性条条件件下下生生成成高高规规整整度度的的SBA15，而而且且产产物物孔孔径和壁厚大大增加，从而可提高其水热稳定性。径和壁厚大大增加，从而可提高其水热稳定性。由由于于单单一一表表面面活活性性剂剂所所表表现现出出的的结结构构导导向向功功能能各各有有优优缺缺点点，因因此此混混合合体体系系应应用用于于介介孔孔分分子子筛筛的的合合成成得得到到了了重重视视。混混合合体体系系可可以以直直接接由由两两种种表表面面活活性性剂剂的的混混合合物物组组成成，如如阳阳离离子子阳阳离离子子型型表表面面活活性性剂剂的的化化合合物物；阳阳离离子子阴阴离离子子型型表表面面活活性性剂剂的的化化合合物物；阳阳离离子子中中性性表表面面活活性性剂剂的的化化合合物物；低低分分子子量量和和表表面面功功能能化化的的聚聚合合物物乳乳胶胶的的混混合合物物等等。混混合合体体系系也也可可以以由由表表面面活活性性剂剂加加助助剂剂所所组组成成，常常用用的的助助剂剂包包括括极极性和非极性溶剂。性和非极性溶剂。39ppt课件 使用非离子型表面活性剂可以生成囊胞外形的等级结 非离子型表面活性非离子型表面活性非离子型表面活性非离子型表面活性剂剂1.非离子型表面活性非离子型表面活性剂 在水溶液中不在水溶液中不产生离子的一种表面活性生离子的一种表面活性剂。它在水中。它在水中的溶解是由于它具有的溶解是由于它具有对水水亲和力很和力很强的官能的官能团。2.种种类 烷基酚的聚氧乙基酚的聚氧乙烯醚 脂肪醇聚氧乙脂肪醇聚氧乙烯醚 脂肪酸甲脂肪酸甲酯聚氧乙聚氧乙烯醚FMEE 净洗洗剂6501 其它其它 40ppt课件 非离子型表面活性剂1.非离子型表面活性剂40ppt课件SBA15SBA15SBA15是属于介孔分子是属于介孔分子筛的一种，它的合成是近年来的一种，它的合成是近年来兴起起的，其在催化、分离、生物及的，其在催化、分离、生物及纳米材料等米材料等领域有广泛的域有广泛的应用前景，而其水用前景，而其水热稳定性高等定性高等优势为催化、吸附分离以及催化、吸附分离以及高等无机材料等学科开拓了新的研究高等无机材料等学科开拓了新的研究领域。可以域。可以预见的是，的是，随着随着对于于SBA15的研究不断深入，的研究不断深入，这项成果必然在化工成果必然在化工领域有着新的突破域有着新的突破SBA-15具有二具有二维六方通孔六方通孔结构，具有构，具有P3mm空空间群。，群。，SBA-15骨架上的二氧化硅一般骨架上的二氧化硅一般为无定形无定形态，在广角，在广角XRD衍射中衍射中观察不到明察不到明显衍射峰。衍射峰。SBA-15比表面大，均一的孔道直径分布，孔径可比表面大，均一的孔道直径分布，孔径可调变，壁厚且水壁厚且水热稳定性很高，所以定性很高，所以SBA-15在催化、分离、生在催化、分离、生物及物及纳米材料等米材料等领域有广泛的域有广泛的应用前景。用前景。41ppt课件SBA15SBA15是属于介孔分子筛的一种，它的合成是近年来4.4.4.4.大孔材料大孔材料大孔材料大孔材料 依依据据大大孔孔材材料料体体相相中中孔孔隙隙的的有有序序程程度度,可可将将其其分分为为凝凝胶胶材料和有序大孔材料。材料和有序大孔材料。凝凝胶胶材材料料是是含含有有无无规规则则的的孔孔径径由由原原子子团团交交连连而而形形成成的的典典型型纳纳米米孔孔材材料料，是是通通过过溶溶胶胶凝凝胶胶过过程程控控制制胶胶体体的的空空间间网网格格结结构构，随随后后采采用用超超临临界界干干燥燥工工艺艺获获得得的的。由由于于有有大大量量原原子子位位于于交交连连团团簇簇的的表表面面，凝凝胶胶材材料料是是具具有有极极大大的的比比表表面面积积(400-1100m2/g)、气气孔孔率率高高、孔孔洞洞尺尺寸寸在在100nm左左右右的的非非晶晶材材料料。有有序序大大孔孔材材料料也也是是一一种种空空隙隙率率非非常常高高，但但孔孔径径排排列列有有序序，孔孔径径在在2001000nm可可控控的的晶晶体体材材料料。其其孔孔径径可可容容许大分子进出。许大分子进出。1)1)大孔材料的特点大孔材料的特点大孔材料的特点大孔材料的特点42ppt课件4.大孔材料 依据大孔材料体相中孔隙的有序程度,由由生生物物界界模模板板合合成成的的启启示示，科科学学家家们们以以单单分分散散胶胶体体颗颗粒粒为为模模板板，合合成成了了一一系系列列有有序序、孔孔道道内内部部连连通通的的大大孔孔分分子子筛，这种模板合成三维有序孔材料的过程如下图所示。筛，这种模板合成三维有序孔材料的过程如下图所示。2)2)大孔材料的合成大孔材料的合成大孔材料的合成大孔材料的合成三维有序大孔材料的模板合成过程三维有序大孔材料的模板合成过程三维有序大孔材料的模板合成过程三维有序大孔材料的模板合成过程43ppt课件 由生物界模板合成的启示，科学家们以单分散胶 与与介介孔孔材材料料相相比比，用用于于合合成成大大孔孔分分子子筛筛的的模模板板更更加加多多样样化化，如如用用窄窄分分布布的的嵌嵌段段共共聚聚物物、单单分分散散的的有有机机或或无无机机纳纳米米小小球球自自组组装装形形成成的的有有序序体体、乳乳液液液液滴滴等等。对对于于嵌嵌段段共共聚聚物物，其其类类型型和和分分子子量量的的大大小小以以及及溶溶剂剂的的选选择择都都可可以以派派生生出出不不同同的的制制备备条条件件；对对于于胶胶体体晶晶模模板板，所所选选择择的的单单分分散散颗颗粒粒的的类类型型(有有机机，无无机机小小球球)，有有序序化化过过程程的的条条件件，无无机机分分子子前前体体的的渗渗入入以以及及模模板板的的去去除除方方法法都都可可以以影影响响产产物物的的结结构构和和性性能。能。1997年年，Velev等等先先用用经经过过阳阳离离子子表表面面活活性性剂剂CTAB浸浸泡泡过过的的聚聚苯苯乙乙烯烯胶胶体体晶晶模模板板，合合成成了了三三维维有有序序的的二二氧氧化化硅硅大孔材料，孔径在大孔材料，孔径在2001000nm可控。可控。44ppt课件 与介孔材料相比，用于合成大孔分子筛的模板更 Wijndhoven用用离离心心场场形形成成的的胶胶体体晶晶模模板板合合成成了了TiO2三三维维有有序序大大孔孔材材料料。由由于于TiO2具具有有比比SiO2更更高高的的折折射射率率n，与与二氧化硅大孔材料相比，具有更强的光子带隙效应。二氧化硅大孔材料相比，具有更强的光子带隙效应。Vlasov等等以以二二氧氧化化硅硅胶胶体体晶晶模模板板合合成成了了CdSe的的有有序序大大孔孔量量子子点点阵阵固固体体。当当在在650oC，远远低低于于CdSe的的熔熔点点1239oC时时烧烧结结这这种种量量子子点点阵阵固固体体时时，纳纳米米颗颗粒粒逐逐渐渐融融合合，形形成成多多晶晶半半导导体体材材料料。这这种种材材料料有有高高的的折折光光指指数数和和三三维维有有序序性性，可用作半导体光子晶体材料。可用作半导体光子晶体材料。45ppt课件 Wijndhoven用离心场形成的胶体晶模板5.5.5.5.多孔材料的应用多孔材料的应用多孔材料的应用多孔材料的应用1)1)微孔材料的应用微孔材料的应用微孔材料的应用微孔材料的应用 分分子子筛筛的的笼笼状状孔孔洞洞骨骨架架结结构构，在在脱脱水水后后形形成成很很高高的的内内表表面面积积，可可容容纳纳相相对对数数量量的的吸吸附附质质分分子子，内内表表面面高高度度极极化化，晶晶穴穴内内有有强强大大静静电电场场，微微孔孔分分布布单单一一均均匀匀。这这些些特特点点使使分分子子筛筛具具有有特特殊殊的的吸吸附附性性能能，其其特特征征为为具具有有吸吸附附选选择择性性，它它可可以以按按分分子子的的大大小小和和形形状状进进行行选选择择性性吸吸附附。如如3A分分子子筛筛孔孔径径0.3nm，它它可可选选择择性性吸吸附附分分子子直直径径为为0.270.32nm的的水水分分子子；而而4A分分子子筛筛孔孔径径为为0.42nm，因因而而无无法法吸吸附附分分子子直直径径为为0.650.68nm的的苯苯分分子子。分分子子筛筛选选择择吸吸附附的的另另一一特特征征是是可可按按被被吸吸附附分分子子极极性性大大小小、不不饱饱和和程程度度和和极极化化率率进进行行选选择择吸吸附附，例例如如利利用用分分子子筛筛可可使使混混合合二二甲甲苯苯分分离离。分分子子筛筛还还具具有有低低浓浓度及较高温度下吸附的特性，如度及较高温度下吸附的特性，如200oC下还有一定吸附能力。下还有一定吸附能力。a)a)吸附分离吸附分离吸附分离吸附分离46ppt课件5.多孔材料的应用1)微孔材料的应用 分子 分分子子筛筛催催化化剂剂大大量量用用于于炼炼油油工工业业中中的的催催化化裂裂化化过过程程，20世世纪纪60年年代代初初开开始始用用于于工工业业。分分子子筛筛催催化化剂剂具具有有活活性性高高、选选择择性性好好、稳稳定定性性高高、抗抗毒毒能能力力强强的的特特点点。在在焦焦炭炭产产率率相相同同时时它它比比硅硅铝铝催催化化剂剂催催化化汽汽油油产产率率高高1525，转转化化率率相相同同时时则则处处理理能能力力可可提提高高30。分分子子筛筛还还用用于于克克劳劳斯斯法法脱脱硫硫、臭氧、氨、羰基硫的分解和臭氧、氨、羰基硫的分解和CO氧化等反应。氧化等反应。b)b)化学催化化学催化化学催化化学催化 分分子子筛筛作作为为催催化化剂剂的的载载体体具具有有其其独独特特之之处处，分分子子筛筛的的均均匀匀分分布布的的微微孔孔可可对对反反应应物物分分子子进进行行高高度度几几何何选选择择性性，它它有有广广阔阔的的内内空空间间与与大大比比表表面面积积；利利用用离离子子交交换换后后分分子子筛筛所所含含的的金金属属比比表表面面比比浸浸渍渍到到氧氧化化铝铝、硅硅胶胶或或无无定定形形硅硅酸酸铝铝上上的的金金属属表表面面大大4倍倍，从从而而大大大大提提高高了了活活性性。以以离离子子交交换换方方式式负负载载到到分分子子筛筛上上的的活活性性金金属属表表面面，经经还还原原后后有有极极高高的的分分散散度，提高了活性组分的利用率并增强其抗毒能力。度，提高了活性组分的利用率并增强其抗毒能力。47ppt课件 分子筛催化剂大量用于炼油工业中的催化裂化过程c)c)在电子材料领域应用在电子材料领域应用在电子材料领域应用在电子材料领域应用 沸沸石石分分子子筛筛在在活活性性传传感感器器领领域域中中主主要要是是应应用用在在气气敏敏、湿湿敏敏传传感感器器方方面面，它它可可作作主主体体敏敏感感材材料料，也也可可作作辅辅助助材材料料；可可做做成成烧烧结结体体，也也可可做做成成薄薄膜膜状状材材料料。作作为为辅辅助助材材料料与与传传感感器器一一起起使使用用，沸沸石石分分子子筛筛主主要要起起保保护护元元件件、提提高高选选择择性性、降降低低响响应应时时间间等等作作用用。如如极极限限电电流流型型氧氧传传感感器器受受工工作作环环境境中中有有害害气气氛氛影影响响，不不仅仅降降低低了了工工作作寿寿命命，更更使使检检测测结结果果产产生生误误差差。在在其其电电极极上上沉沉积积一一