有序介孔氮氧化硅的制备及其碱催化性能研讨.pdf

摘要 摘要 有序介孔材料作为一类新型分子筛己成为材料和化学领域的研究热点之一。 本论文工作选择MCM-41和SBA-15有序介孔材料的高温氮化作为研究内容，目 的在于将阴离子氮引入到介孔材料的骨架中，以制备高氮含量、高有序性的介孔 氮氧化硅 (硅酸铝)材料体系;同时针对含氮有序介孔材料的特点研究了该类材 料的碱催化特性。获得的主要研究结果和主要结论如下: 1.对MCM-41和SBA-15的气氛 (氧气，氮气，氨气，氢气，空气)热稳定性进 行了系统研究，发现有氧/无氧气氛下介孔材料的热稳定性存在较大差别。所制备 的MCM-41和SBA-15有序介孔结构在有氧气氛中只能保持到900℃和1000C; 而在无氧气氛中，其结构稳定温度可以分别提高到1010℃和11000C。该现象的发 现不仅有其科学意义，也具有一定的实验价值，如可以在一些无氧的高温环境中 应用介孔材料，另外该现象的发现使制备高氮含量的Si-(Al)-O-N有序介孔材料 成为可能。 2.利用氨气高温氮化的方法，用未脱除模板剂的Al-MCM-41为前躯体，制备出 氮含量高达14.8wt%的有序介孔氮氧化硅酸铝材料 (ASON)。用未脱除模板剂 的SBA-15为前躯体，制备出氮含量高达 24.3%wt的有序介孔氮氧化硅材料 (MSON)。这两类材料不但保持了高的孔容和比表面积，而且保持了高度有序 的介孔结构。在对氮化工艺的研究中发现消除氨气中的水和反应生成水是制备出 高氮含量的Si-(Al)-O-N有序介孔材料的关键因素。另外，针对介孔材料表面多 轻基的特点，从氨气吸附到介孔表面硅醇键基团，从而逐渐形成硅氮结合的角度 加以分析提出了相应的氮化机理。 3.首次对有序介孔氮氧化硅 (MSON)分子筛的碱催化性能进行了研究。发现该 类分子筛对典型的碱催化反应Knoevenagel缩聚反应表现出很高的催化活性，其 活性远高于其它文献所报道的相同实验条件下无定形氮氧化硅和含氮的沸石分 子筛的催化活性。从co:的温度程序脱附(CO:-TPD)实验结果得知，虽然 MSON的碱性位的数量在10lmmoUg数量级，但是其碱性却已达到了中强碱的 强度，其碱性介于氧化镁和氧化钙之间。另外这类固体碱分子筛具有很高的热稳 中国科学院研究生院硕士论文 有序介孔氮氧化硅的制备及其碱催化性能研究 定性，在低于 850℃的惰性气氛下，样品无论在结构上还是组成上都是稳定的。 结合其稳定的有序介孔结构和中强碱性，该类材料可能会成为一类具有重要工业 前景的固体碱催化剂。 关键词:有序介孔材料，氮氧化硅，热稳定性，固体碱，催化 Abstract - 一 ..一 一 一 ，，..一 目 目 ‘. ..， ， ，， .，曰 .岛自 户 户 一 一 ，- 一 ~.，. ‘ ‘...， ，闷... ...，， 叫，.，. .曰 ‘‘目 叫 ‘.呻. Abstract KeshuWan(Major:Materialsscienceandengineering) DirectedbyProf.QianLiu Orderedmesoporousmaterialshaveattractedmuchmoreinterestsofchemistryand materialsscientists.Inthisthesis,weselectedtheorderedmesoporoussilicon oxynitrideandsiliconaluminateoxynitridematerialsasourobjectsforinvestigation. Theaimofthethesisistoincorporatetheanionnitrogenintothewallofthe orderedmesoporousmaterials,tomakehighlyorderedmesoporoussiliconoxynitride withhighnitrogencontent,andtoexploretheuniquepropertieso