三维连续大孔钛锆系催化材料的制备及性能研究【开题报告】.doc

开题报告 应用化学 三维连续大孔钛/锆系催化材料的制备及性能研究 一、选题的背景与意义 ZrO2 是唯一同时具有酸、碱性和氧化、还原性的化合物, 作为催化剂已得到了广泛应用。TiO2 作为光催化氧化催化剂, 在紫外可见光或近紫外可见光的照射下, 室温下就可将多种有机污染物完全氧化成CO2 和H2O, 且具有无毒、制备简易和价廉的优点, 从而成为最主要的光催化氧化催化剂。但两者均存在一些不足之处, 如: ( 1) 比表面积比较小, 作为催化剂应用的TiO2 和ZrO2 的比表面积通常为40- 100 m2/g ；( 2) 存在多种的晶型( TiO2 有锐钛矿和金红石两种晶型, ZrO2 有四方相、单斜相和立方相三种晶型) , 而且热稳定性较差、各晶型之间容易相互转变。由于TiO2 和ZrO2 催化剂的反应性能与其晶型密切相关, 若在制备和使用过程中发生了晶型转变, 则会显著影响其催化性能。如果将TiO2 和ZrO2 制成TiO2-ZrO2 复合氧化物, 则不但可以保持TiO2 和ZrO2 原有的特殊性能, 而且可克服上述所存在的缺点, 近年来已引起人们极大的关注, 作为催化剂已广泛应用于有机污染物的消除、脱氢和脱氢环化、醇脱水、异构化和酯化等反应。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： （1）制备TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板。把已制备好的SiO2模板浸泡在一定浓度的钛锆溶液中，利用共沉淀法使钛锆负载在模板表面，取出模板放置于空气一段时间后用烘箱烘干，然后在一定温度、一定时间下煅烧后使其成为TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板。（2）制备固体酸催化剂。把已制备好的TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板放到一定浓度的稀硫酸中浸泡一段时间，取出后使其干燥，接着把该模板在一定温度、一定时间下煅烧，使其形成ZrO2-SiO2固体酸催化剂。（3）检测固体酸催化剂的催化效果。取一定量的制备好的TiO2-ZrO2-SiO2固体酸催化剂，把它作为一个酯化反应的催化剂，记下它的酯化效果，然后与同一酯化反应用浓硫酸作催化剂的酯化率作对比。与此同时，采用不同浓度的硫酸浸泡TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板得出各个催化剂的催化剂效果，从中得到使用时间最长催化效率最高的催化剂。另外，用红外光谱与粉末衍射等分析仪器对催化剂性能进行检测。 三、研究的方法与技术路线： 利用模板法把已制备完成的SiO2浸泡在一定浓度的钛锆混合溶液中，使部分的钛锆沉淀负载在SiO2表面，然后经过一定时间一定温度的煅烧使其成为较为稳定的TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板。为了检测所制备的催化剂的性能，我们选用了较为简单合理的方法，即制备以TiO2-ZrO2-SiO2为模板的固体酸催化剂，用它作为催化剂来促使一个酯化反应的进行，反应完后测定该反应的酯化率及产率，由此得出固体酸催化剂的催化性能，从侧面反映出以TiO2-ZrO2-SiO2为模板的催化剂的性能。 主要的技术路线图如下： 钛锆溶液 SiO2模板 共沉淀，干燥 Ti(OH)4-Zr(OH)4 -SiO2 煅烧 TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板 用硫酸浸泡 TiO2-ZrO2-SiO2固体酸催化剂 催化一个酯化反应，测定该反应的酯化率及产率 固体酸催化剂的催化性能 以TiO2-ZrO2-SiO2为模板的催化剂的性能 四、研究的总体安排与进度： 2010年08月-2010年09月 文献调研、综述、翻译及实验材料、器材的准备2010年10月-2010年11月 制备TiO2-ZrO2-SiO2催化剂模板，同时用红外光谱做表征2010年12月-2011年01月 制备固体酸催化剂，研究该催化剂的性能2011年03月-2011年04月 使用酯化反应来检测固体酸催化剂的催化效果，从中得出最优化的催化剂 2011年05月-2011年05月 实验总结，毕业论文的撰写及答辩 五、主要参考文献： [1]王文进, 方奕文, 郭锐华. 纳米粒度金属氧化物催化剂制备方法的研究进展[J].工业催化，2006,14（5）：1-8. [2]吕晓棠.纳米级氧化锆功能材料的制备及性能研究[D].吉林大学：功能材料物理化学，2010. [3]邬泉周，李玉光.三维有序大孔材料应用研究进展[J].化工进展，2008,27（3）：385-363. [4]邬泉周，尹强，廖菊芳，等.硝酸盐制备三维有序大孔金属氧化物材料研究[J].化工学报，200563（10）：891-896 [5]刘秀琳，徐红燕，李梅，等.二氧化锆多孔纳米固体的制备与性质表征[J].功能材料，2004，35增：3 119-3 122. [6]盛凤军.含钛介孔SiO2催化剂