多孔材料研究进展概要.ppt

* 多孔材料研究进展 杨本宏 2005. 9. 24 报告内容： · 材料的分类 多孔材料的分类简介 多孔材料发展简史 有序介孔材料研究概况 多孔网络高分子的合成 多孔材料的表征方法 多孔材料的应用领域 1 多孔材料的分类 按孔径大小分 : 微孔材料(microporous materials) ：＜ 2 nm 介孔材料(mesoporous materials) ： 2~50 nm 大孔材料(macroporous materials) ：＞ 50 nm 按化学组成分： 硅基多孔材料 是指其骨架的化学组成为氧化硅或硅铝酸盐的材料 。 非硅基多孔材料 主要包括： 金属氧化物：Al2O3、TiO2、ZrO2、MnO2、Fe2O3 磷酸盐： AlPO4、Ti3(PO4)2、Zr3(PO4)2、Fe PO4 硫化物： CdS、ZnS 按孔洞的有序程度分： 无序多孔材料 如无定型的氧化硅凝胶、氧化铝凝胶、氧化钛凝胶、 微晶玻璃等 。 有序多孔材料 是一类在三维空间上高度有序的多孔材料， 它具有孔道排布规则有序、孔径均一、分布很窄等特点。 2 多孔材料发展简史 1756年——发现天然沸石 （硅铝酸盐，zeolite）； 19世纪末——发现菱沸石 能吸附水、甲醇、乙醇、甲酸等， 但不能吸附丙酮、乙醚、苯等。天然沸石开始被用作干燥 剂、吸附剂； 1940s —— 实现沸石分子筛的实验室合成（低温水热合成）； 1954年—— A型、X型分子筛开始工业化生产 （美国 Linde, Union Carbide, Mobil, Exxson等公司）； 1959年—— 中国合成出A型、X型分子筛；（大连化物所） 1950s —— 沸石分子筛主要用于各种气体的干燥、分离、 提纯； 1960s —— 沸石分子筛开始作为石油加工的催化剂和催化 剂载体，从此成为石油炼制和石油化工领域最重要的吸附 和催化材料； 1950s-1980s —— 是硅基沸石分子筛发展的全盛时期，人 工合成出多种类型的分子筛：A型（Na, K, Ca）, X型（ Na, K, Ba）, Y型（Na, Ca, NH4）, L型（K, NH4）, F型（K）, W型（K）; 1982年—— Union Carbide 公司合成和开发出一个全新的 分子筛家族---AlPO4-n（磷铝分子筛）。 是一个重要的里 程碑。 从此人们开始将各种元素（主族金属、过度金属、非金属） 引入微孔骨架，得到200种以上的微孔化合物。 1988年—— Davis M E 等合成出十八元环孔道结构的磷酸 铝分子筛---VPI-5，是多孔材料发展的又一个里程碑。从 此出现超大微孔材料。 1992年 —— Mobil公司的Kresge C T等合成出有序介孔材料 ---M41S系列（MCM-41, MCM-48, MCM-50）, 是多孔材料 发展的又一次飞跃。 1997年—— 出现大孔材料的合成。（孔径50nm, 次微米范围。 以胶体微粒、细菌菌丝为模板。） 近几年—— 出现以配位聚合物、金属有机化合物、无机-有机 杂化材料为骨架的多孔材料。（孔结构易调节、 易于表面修饰、功能化） M41S系列介孔材料的结构简图 3 有序介孔材料研究概况 1992年，美国Mobil公司首先采用表面 活性剂为模板合成出 M41S系列介孔材料： 著名品牌包括： MCM系列 ( MCM代表Mobil Composite Material): MCM-41 (p6mm), MCM-48 (Ia3d) , MCM-50 (层状) SBA系列（SBA表示Santa Barbara,USA）: SBA-1和SBA- 6 (Pm3m)、SBA-2和SBA-12（P63/mmc）、SBA-11 （Pm3m）、S