多孔材料课件.ppt

多孔材料5.1多孔材料及分類多孔材料多孔材料→有很多孔的材料（裏外均有孔）。孔的兩種物理結構開口孔，閉口孔（兩類）孔的分類：微孔（孔徑2nm）、介孔（2nm孔徑50nm）大孔（孔徑50nm）多孔材料的分類微孔材料、介孔材料、大孔材料5.1多孔材料及分類微孔矽酸鈦介孔矽大孔矽藻土5.2微孔材料一、微孔材料的結構和特點1.沸石分子篩的構成元素矽、鋁、氧2.矽鋁沸石分子篩的基本結構單元矽氧四面體[SiO4]和鋁氧四面體[AlO4]3.矽鋁沸石分子篩的結構四面體通過橋氧連接成不同的骨架結構。5.2微孔材料4、矽鋁沸石分子篩的特點（1）分子篩中形成許多有規則的孔道和空腔，陽離子定位於其中一定位置。（2）孔道和空腔中的陽離子可以被（鉀、鈣、稀土離子等）交換而形成不同類型的（催化和吸附性能產生較大變化）的分子篩。5.2微孔材料二、微孔材料的合成和機理1、分子篩的合成水玻璃+偏鋁酸鈉+氫氧化鈉→凝膠→晶化→洗滌→離心→乾燥→分子篩粉→成型→分子篩（X、A、Y型）天然粘土（高嶺土）→灼燒→偏高嶺土（鹼性條件，100-150℃，4-6h）→水熱合成分子篩5.2微孔材料2、分子篩轉化機理（1）固相轉變機理在晶化過程中既沒有凝膠固相的溶解，也沒有液相直接參與沸石的成核和晶體長大。在凝膠固相中，由於矽鋁酸鹽骨架縮聚，重排而導致沸石的成核和晶體長大。（2）液相轉變機理沸石晶體是在溶液中生長的，初始凝膠至少是部分地溶解到溶液中，形成溶液中活性的矽酸根與鋁酸根離子，它們進一步連接構成沸石晶體的結構單元，逐步形成沸石晶體。（3）雙相轉變機理（4）液相中矽酸根與鋁酸根離子聚合反應5.2微孔材料三、微孔材料的改性1、離子交換改性骨架外的補償陽離子（Ca、Mg、Zn、Cd和稀土離子）的交換[沸石骨架內的陽離子的交換（Co、V、Mn、Ti、Ga）]。2、氣固相置換法（骨架置換）a.用SiCl4脫鋁（用SiCl4處理Y型分子篩，矽置換鋁；置換程度取決於t、T）。b.用光氣COCl2脫鋁c.用AlCl3脫矽d.氣固相置換法合成雜原子分子篩（Ti、B、Si等引入到矽鋁分子篩和鋁磷分子篩的骨架中）5.2微孔材料3、液固相置換法（Si→Al，Ga→Si）a.氟矽酸鹽法（NH4SiF6）;b.H4EDTA法（H4EDTA絡合Al）；c.沸石分子篩的鎵化（Ga（鎵酸鹽水溶液）→Si）四、微孔材料的應用1、吸附分離2、催化3、在電子材料領域應用沸石分子篩用在氣敏、濕敏感測器方面5.3介孔材料一、介孔材料的特性1.中孔分子篩以表面活性劑為範本，利用溶膠-凝膠、乳化或微乳等化學過程，通過有機物和無機物之間的介面作用組裝生成的一類孔徑在1.3-30nm之間、孔分佈窄且具有規則孔道結構的無機多孔材料。2.中孔分子篩的特徵（1）具有規則孔道結構；(2)孔分佈窄且可調節；(3)可具有很好的熱穩定性和一定的水熱穩定性；(4)顆粒具有規則的外形，且可在微米尺度內保持高度的孔道有序性。5.3介孔材料二、介孔材料的合成和機理1、介孔材料的合成體系和合成路線（1）合成方法：水熱法、室溫合成法、微波合成法、濕膠焙燒法、相轉變法等。水熱法a.比較柔順、鬆散的表面活性劑和無機物種的複合物的生成；b.水熱處理提高無機物種的縮聚程度和複合物結構的穩定性；