18分子筛概述.ppt

第18章 新型多孔材料 目 录 引言 18.1 分子筛的组成、结构与择形性 18.2 分子筛水热合成的原理和方法 18.3 分子筛合成实例 18.4 几种分子筛的合成与应用 引 言 多孔材料普遍存在于我们的周围，在结构、减振、隔热、消音、过滤等方面发挥着重大的作用。高孔率固体刚性高而密度低，故天然多孔固体往往作为结构体来使用，如木材和骨骼；而人类对多孔材料使用，不但有结构的，而且还开发了许多功能用途。 多孔材料：是一类包含大量孔隙的材料，这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体相所组成，介质为气体和液体。 对多孔材料的研究是由沸石开始的。 沸石是一种矿石，于1756年发现。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象。 多孔材料的类型 多孔材料的相对孔隙含量（即孔率，又称孔隙率或孔隙度）是变化的。 根据孔径尺寸在2nm以下的称为微孔，2nm-50nm为介孔，而在50nm以上的称为大孔。也可根据材料分为多孔金属、多孔陶瓷、多孔塑料、分子筛等。 另外根据孔率大小也可分为中低孔率材料和高孔率材料，前者多为封闭型，后者则会呈现三种类型：蜂窝材料、开孔泡沫材料、闭孔泡沫材料。 多孔材料的基本参量表征 多孔材料是由固相和通过固相形成的孔隙所组成的复合体，它区别于普通密实固体材料的最显著特点是具有有用的孔隙。 多孔材料最基本的参量是直接表征其孔隙性状的指标，如孔率、孔径、比表面积等。另外多孔材料的性能也在很大程度上依赖于孔隙形貌、孔隙尺寸及其分布。 沸石与分子筛 18.2.3 分子筛的生成机理 1、固相转变机理：在晶化过程中，既没有凝胶固相的溶解，也没有液相直接参与沸石成核与晶体成长。在凝胶固相中，由硅铝酸盐缩合及重排，导致沸石的成晶和晶体的生长 实验：分子光谱技术跟踪沸石晶化过程。结果认为在晶化过程中液相组成无变化，也没有发现硅铝酸根离子或其它次级结构单元的存在 质疑：液相组成没有发生变化不足以说明液相没有参加晶化，在溶液中未发现硅铝酸根离子的存在是指液相中完全没有这种物质，还是指其浓度小于该实验方法所能测定的范围？ 2、液相转变机理：沸石晶体是从溶液中生长起来的。初始凝胶至少是部分地溶解到溶液中，形成溶液中活性的硅酸根和铝酸根离子，它们进一步连接构成沸石晶体的结构单元 实验：采用Raman光谱，固相和液相化学组成分析， X射线衍射，粒度测定等方法，研究A型沸石生成过程。结果表明在 A型沸石形成过程中，有凝胶的溶解和固、液相之间的物质传递存在 3、双相转变机理：沸石晶体的固相转变和液相转变都存在，它们可以分别发生在两相体系中，也可以同时在一个体系中发生 反应活性，择形性能，失活性能 筛分性能 吸附容量、速度，扩散性能 表面积，孔径分布，孔体积 表面原子状态，阳离子价态、配位和位置，酸性质和酸量 晶体结构，样品纯度，结晶度 元素组成，阳离子种类与数量 Si/Al 具体内容 催化性能 分离效能 吸附性能 表面积和孔结构 XRD SEM TEM IR NMR 吸附 脱附 差热 热重 表面性质 物相分析 化学组成分析 测试手段 测试项目 18.2.4 分子筛的表征 18.3 分子筛合成实例——ZSM-5 四丙基氢氧化铵 2.8mol/L，100mL 配料 (1)22.9gSiO2，100℃ (2)3.19g铝酸钠 (42%Al2O3，30.9%Na2O，27.1%H2 O) 0.382molSiO2，0.0131molAl2O3，0.0159molNa2O，6.3molH2 O0.118mol[(CH3CH2CH2)4N]2O 高压釜 成胶 结晶釜 150℃，6d 室温 冷却 滤、洗 干燥 分析 110℃ 18.4 几种分子筛的合成与应用 1、ZSM系列的分子筛 2、MCM-41中孔分子筛 3、磷酸铝分子筛 4、层状磷酸锆分子筛 性能 合成 应用 * * * * * * ——沸石分子筛 分子筛具有均匀的微孔结构，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来。(0.3-2.0 nm) 沸石 Ⅰ、二维蜂窝材料 Ⅱ、三维开孔泡沫材料 Ⅲ、三维闭孔泡沫材料 ? 沸石 Zeolite 自然界存在的硅铝酸盐矿物。 ? 分子筛 Molecular sieve 具有均匀微孔，具有筛分大小不同的流体分子的能力的一类物质，人工合成。 18.1 分子筛组成、结构与择形性 ? 沸石分子筛的发展历史 第一代分子筛：Si/Al?10 A型，X型，Y型，