有机双官能化MSU-X介孔分子筛的合成

分别在两种非离子表面活性剂的存在下,采用共水解缩聚法一步合成具有双有机官能基的MSU-X介孔材料,并对其合成过程、材料的结构和表面性质进行了系统研究.结果表明,不同的制备参数对双官能化MSU-X孔道特征、表面性质和孔结构性能均有一定的影响;有机物以共价键的方式与SiO₂骨架相连并均匀分布于孔道表面形成有机界面层.双有机官能化的介孔材料具有分形特征.     

乙烯基官能化MSU-X的合成

分别在非离子表面活性剂（AEO9或Tx-15）的存在下,采用共水解缩聚一步合成了乙烯基官能化MSU-X型中孔分子筛（V-MSU-1, V-MSU-2）,并对其合成过程,材料的结构和表面性质进行了比较研究. 乙烯基官能化后, 乙烯基团以共价键的方式与SiO2骨架相连并均匀分布于孔道表面, 改善了分子筛孔道的疏水性能.不同的模板剂及前驱体中有机官能基的含量对V-MSU-X孔道特征、表面和织构性能有一定的影响.     

介孔分子筛SBA-15中α-胰凝乳蛋白酶组装及催化活性研究

介孔分子筛由于规则孔道或笼的存在 ,使其具有择形催化作用、高比表面积和强吸附性能 ,其孔道中可组装多种物质而改变其理化性能 .Thomas等 [1] 在介孔 Si O2 上接枝金属茂复合物 .白妮 [2 ] 和张雪峥 [3 ] 等分别将脂溶性金属酞菁衍生物和杂多酸封装在介孔分子筛中 ,得到的组装体催化性能优良 .近年来由于不断合成出 MCM- 41 [4 ] 和 SBA- 1 5 [5] 等孔径较大的介孔分子筛 ,使在介孔材料孔道中组装生物大分子成为可能 .Yen等 [6] 将细胞色素 c组装到孔道中 ,并使酶的稳定性得到提高 ,而α-胰凝乳蛋白酶 (Mr=2 5 0 0 0 ,分子动力学直径…     

介孔分子筛的酸性和水热稳定性

介孔分子筛材料在催化、吸附与分离以及化学组装制备先进材料和分子器件等方面具有潜在的应用价值.但是,由于介孔分子筛材料较低的水热稳定性和较弱的酸性,极大地影响了其在催化研究中的广泛应用.本文系统地综述了最近几年在提高介孔分子筛酸性和水热稳定性的研究工作.其中包括:(1)将超酸组份负载于介孔分子筛的孔道中以达到提高介孔分子筛材料的酸强度的目的;(2)通过在合成介孔分子筛的过程中加入无机盐和有机胺等助剂或采用合适的后处理方法以提高介孔分子筛的水热稳定性;(3)通过新型模板剂来合成具有较高水热稳定性的介孔分子筛材料;(4)利用具有沸石分子筛基本结构单元的沸石分子筛导向剂与表面活性剂自组装来合成具有强酸中心和高温水热稳定的介孔分子筛材料.     

磺酸基功能化MCM-41有机-无机杂化材料的合成与表征

 利用直接合成法和后接枝法将含有磺酸基团的硅烷偶联剂引入MCM-41介孔分子筛中, 合成了酸性介孔有机-无机杂化材料. 利用XRD和TEM等方法对其结构进行了表征. 结果表明,利用直接合成法和后接枝法合成的杂化材料仍保持规整的介孔孔道,该材料作为酸催化剂在苯甲醛与乙二醇的缩醛反应中显示了较好的催化活性.     

有机-无机杂化介孔二氧化硅在环境保护中的应用

将有机基团通过后嫁接或共缩聚法引入到介孔二氧化硅的孔道表面或骨架中,根据有机基团在材料中的位置可得到表面结合型和桥键型两类功能化介孔材料.本文总结了有机-无机杂化介孔二氧化硅的分类及合成方法,重点介绍了该类材料作为吸附剂在环境保护中的应用,包括金属阳离子、含氧阴离子、有机污染物和气体的去除与回收.并展望了有机-无机杂化...     

一步处理法制备高水热稳定多级孔ZSM-5分子筛

ZSM-5具有较高的催化活性和独特的择形选择性,因而被广泛用于精细化工和石油炼制等工业过程.但其较小的孔道尺寸导致其在反应中尤其在催化过程中的传质受到影响,从而严重影响催化剂寿命.为了解决反应过程中分子筛中底物及产物的扩散限制问题,近年来关于介微孔复合多级孔道分子筛的研究在分子筛合成领域引起了广泛兴趣,并取得一定进展.但直接合成法存在成本及复杂性问题,因此在量产的分子筛上进行后改性引入介孔表现出明显优势.在这一大类处理过程中,碱处理造介孔因成本低以及可操作性较高而备受青睐.但由于脱硅所形成的介孔往往无序,稳定性较差,因此提高其水热稳定性具有重要意义.文献已有较多报道通过磷元素修饰抑制分子筛在水热环境中脱铝,从而提高分子筛骨架稳定性.但传统的磷元素修饰一般采用后续浸渍法,过程繁琐.本课题组开发了一步法后处理制备高水热稳定多级孔ZSM-5分子筛,将脱硅过程与磷引入过程相结合,以四乙基氢氧化磷(TEPOH)为磷源,直接处理微孔分子筛得到含磷的多级孔分子筛.相比于传统的分子筛磷修饰过程,该磷物种在处理中优先交换分子筛骨架上铝原子附近用来平衡电荷的钠离子,从而增加了磷物种与铝物种相互作用的可能性,提高了稳化骨架的效果.基于此,本文利用氮吸附-脱附、元素分析、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)以及27Al和31P固体核磁(NMR)等一系列表征技术,证明该一步后处理法对分子筛催化性能的作用.SEM和XRD结果表明,分子筛在进行各种处理前后,相对结晶度和分子筛形貌变化不大,说明大部分微孔得到保留.TEM测试表明,经过该一步后处理法得到的分子筛实现了介孔的引入,介孔孔径在10–20 nm.元素分析结果表明,几乎所有的磷源物质在该过程中被引入到分子筛上,实现了介孔和磷物种的同时引入.NH3-TPD测试表明,含磷分子筛在老化前后较无磷分子筛具有更高的酸性位密度保留度,说明磷元素对分子筛上的酸性位起到了稳化作用.孔结构特性数据不仅说明了脱硅过程中成功引入介孔,而且含磷分子筛老化前后的介孔特性数据保留度明显高于无磷样品,实现了磷元素对介孔结构的稳化作用.27Al和31P NMR结果从理论上证明了该样品上磷元素对抑制骨架脱铝的稳化效应,证实了分子筛在处理后水热稳定性的提高.基于前期的研究工作,本文完善了磷元素对分子筛稳化作用的机理过程.TEPBr在水热活化过程中转变成磷酸盐,并修饰分子筛的骨架铝以及部分难以避免的非骨架铝.该过程中形成的磷铝物种在后续的水热老化过程中进一步修饰分子筛骨架铝,使骨架铝得到稳化.而在脱硅过程中存在的"反插铝"过程往往使大部分骨架铝位于介孔孔道中,磷元素与铝元素的相互作用同时也对介孔进行了稳化.通过正辛烯和1,3,5-三异丙苯的裂化测试发现,处理后的分子筛由于其优化后的孔道性能和酸性性质,大大提高了底物分子的转化率以及其自身的容碳能力,从而延长了催化寿命.     

三头季铵盐表面活性剂导向合成新型立方相介孔二氧化硅

介孔分子筛因具有大而均一的孔道、高比表面积及相对良好的热稳定性而在精细化学品催化剂[1,2 ] 、生物大分子分离 [3] 和功能材料的主体 [4 ] 等领域有十分广阔的应用前景 .自 1 992年 Mobil公司合成 M41 S[5,6 ] 系列介孔材料以来 ,HMS[7] ,MSU[8] 和 SBA[9～ 12 ] 系列以及 FDU- 1 [13] 等不同结构的介孔分子筛材料相继被合成 .立方相介孔分子筛因具有三维网状结构和可通性较高的孔道而在反应中不易堵塞 ,相对于一维孔道结构的六角相 MCM- 41和 SBA- 1 5 ,其应用前途更加广阔 .迄今 ,人们已经合成了 MCM- 48[14～ 16 ]( Ia3d) …     

一步处理法制备高水热稳定多级孔ZSM-5分子筛（英文）

ZSM-5具有较高的催化活性和独特的择形选择性,因而被广泛用于精细化工和石油炼制等工业过程.但其较小的孔道尺寸导致其在反应中尤其在催化过程中的传质受到影响,从而严重影响催化剂寿命.为了解决反应过程中分子筛中底物及产物的扩散限制问题,近年来关于介微孔复合多级孔道分子筛的研究在分子筛合成领域引起了广泛兴趣,并取得一定进展.但直接合成法存在成本及复杂性问题,因此在量产的分子筛上进行后改性引入介孔表现出明显优势.在这一大类处理过程中,碱处理造介孔因成本低以及可操作性较高而备受青睐.但由于脱硅所形成的介孔往往无序,稳定性较差,因此提高其水热稳定性具有重要意义.文献已有较多报道通过磷元素修饰抑制分子筛在水热环境中脱铝,从而提高分子筛骨架稳定性.但传统的磷元素修饰一般采用后续浸渍法,过程繁琐.本课题组开发了一步法后处理制备高水热稳定多级孔ZSM-5分子筛,将脱硅过程与磷引入过程相结合,以四乙基氢氧化磷(TEPOH)为磷源,直接处理微孔分子筛得到含磷的多级孔分子筛.相比于传统的分子筛磷修饰过程,该磷物种在处理中优先交换分子筛骨架上铝原子附近用来平衡电荷的钠离子,从而增加了磷物种与铝物种相互作用的可能性,提高了稳化骨架的效果.基于此,本文利用氮吸附-脱附、元素分析、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氨程序升温脱附(NH_3-TPD)以及~(27)Al和~(31)P固体核磁(NMR)等一系列表征技术,证明该一步后处理法对分子筛催化性能的作用.SEM和XRD结果表明,分子筛在进行各种处理前后,相对结晶度和分子筛形貌变化不大,说明大部分微孔得到保留.TEM测试表明,经过该一步后处理法得到的分子筛实现了介孔的引入,介孔孔径在10–20 nm.元素分析结果表明,几乎所有的磷源物质在该过程中被引入到分子筛上,实现了介孔和磷物种的同时引入.NH_3-TPD测试表明,含磷分子筛在老化前后较无磷分子筛具有更高的酸性位密度保留度,说明磷元素对分子筛上的酸性位起到了稳化作用.孔结构特性数据不仅说明了脱硅过程中成功引入介孔,而且含磷分子筛老化前后的介孔特性数据保留度明显高于无磷样品,实现了磷元素对介孔结构的稳化作用.27Al和31P NMR结果从理论上证明了该样品上磷元素对抑制骨架脱铝的稳化效应,证实了分子筛在处理后水热稳定性的提高.基于前期的研究工作,本文完善了磷元素对分子筛稳化作用的机理过程.TEPBr在水热活化过程中转变成磷酸盐,并修饰分子筛的骨架铝以及部分难以避免的非骨架铝.该过程中形成的磷铝物种在后续的水热老化过程中进一步修饰分子筛骨架铝,使骨架铝得到稳化.而在脱硅过程中存在的"反插铝"过程往往使大部分骨架铝位于介孔孔道中,磷元素与铝元素的相互作用同时也对介孔进行了稳化.通过正辛烯和1,3,5-三异丙苯的裂化测试发现,处理后的分子筛由于其优化后的孔道性能和酸性性质,大大提高了底物分子的转化率以及其自身的容碳能力,从而延长了催化寿命.     

混合表面活性剂模板法合成立方相介孔含钛氧化硅

自1992年Ｍｏｂｉｌ公司的Ｍ41Ｓ系列介孔氧化硅分子筛问世以来[1,2],借助表面活性剂液晶模板方法合成各种孔结构与不同大小孔径的硅基分子筛材料引起了人们的极大兴趣,目前多数工作仍然集中于六方相的介孔分子筛.具有双连续的三维交织立方排列孔道结构的ＭＣＭ48由于其孔道不易堵塞和良好的骨架结构稳定性[3,4],在催化、吸附和与其为载体的制备等方面具有独特的应用价值.但由于液晶模板形成立方相区的范围非常狭窄,相应的分子堆积比对模板剂分子几何结构要求较苛刻,采用单一表面活性剂为模板剂合成时,条件难以掌握,制备ＭＣＭ48十分困难.Ｈ…     

有机官能团对硅基MSU-X织构性能的影响

采用有机硅氧烷(RTES)与硅氧烷(TEOS)共水解缩聚合成了有机官能化的MSU-1中孔材料(R=甲基,苯基,乙烯基,脲丙基)。当前驱体中RTES与TO64EOS的摩尔比为0.1:0.9时合成R10-MSU-1分子筛,通过现化分析技术证明BA所选有机官能团均能进入分子筛骨架,而且在相同摩尔数的各数有机硅氧烷存在下,由于其反应速率、空间位阻的不同使其对骨架的缩聚程度、孔道和表面性质有不同的影响。利用SAXS实验技术对所合成R10-MSU-1材料结构表面以及由于有机官能团的存在对无机骨架产生的影响进行了研究。SAXS较强的散射强度分布对Porod定理形成负偏离,表明孔和基体之间有明显的界而层存在,并求得界面层的平均厚度。实验证明有机基团的均匀分布于孔道表面而形成有机界面层。SAXS测试还显示上述分子筛呈质量分形特征,其形成过程可能为非平衡非线性的聚集机制。     

苯基磺酸官能化中孔硅基材料的制备及催化性能研究

通过溶胶-凝胶法制得了苯基聚硅氧烷, 进一步磺化制备了苯基磺酸官能化的中孔硅基催化材料, 并通过BET, SEM和固体核磁技术对其进行了表征. BET结果表明, 该催化剂比表面积为722 m²/g, 平均孔径为9.06 nm, 孔容0.59 mL/g. ¹³C CPMAS NMR和²⁹Si CPMAS NMR表征显示磺酸基键合于苯环间位, 苯基以共价方式进入无机-有机杂化硅基材料的内部结构. 该固体酸的活性中心磺酸基在表面呈均匀分布, 在芳族羧酸和取代酚的直接酯化反应中表现出优异的催化性能.     

Small-angle X-ray scattering and rheological characterization of aqueous lignosulfonate solutions

Lignosulfonate is a colloidal polyelectrolyte widely used as a dispersant in various industrial applications and produced during chemical pulping of wood chips. Here we present a systematic small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheological study of fractionated lignosulfonate (mass weighted molar mass M w 18 000 g/mol) dissolved in water and 0.2 M NaCl. The concentration range varied from semidilute to concentrated regime. SAXS intensity of all solutions followed the Porod law at all concentrations, which is a clear indication of a compact shape of the lignosulfonate particle. In water, below 10 mass % lignosulfonate, the average interparticle distance obtained from SAXS patterns relates to concentration via a power law with exponent -0.28. Deviation of the power law exponent from ideal -0.33 and a linear decrease in volume fraction normalized Porod constant as a function of concentration are taken as indications of self-association of lignosulfonate. In saline solutions at high lignosulfonate mass fractions the average distance between lignosulfonate particles was longer and the average particle size was larger than those in aqueous solutions. The intrinsic viscosity in saline solution also was larger than that in aqueous solution. Lignosulfonate solutions showed Newtonian viscosity, except at very high concentrations. The variation of the relative zero-shear viscosity eta(0),r) with concentration was interpreted with the Krieger-Dougherty equation. An oblate spheroid shape with an axial ratio of 3.5 describes the average shape of the lignosulfonate particles in saline solutions based on SAXS intensities, the size distribution obtained using gel permeation chromatography, and rheological characterization. The largest dimension of the particles was about 8 nm. SAXS and rheology studies as a function of temperature reveal indications of temperature-dependent self-association.     

介孔磷钨酸铯盐的液相组装及酸性研究

以磷钨酸(H₃PW₁₂O₄₀)和氯化铯(CsCl)为原料, 两亲型三嵌段共聚物F127为模板剂, 按不同的Cs/P比制备了一系列介孔磷钨酸铯盐(Cs_xH_3-xPW₁₂O₄₀, m-CsPW). 通过X射线粉末衍射(XRD)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 场发射透射电子显微镜(FETEM)、 N₂吸附-脱附测试和小角X射线散射(SAXS)等手段对所得样品进行了表征. 结果表明, 样品是由纳米微晶组装而成的晶态介孔材料. 以三甲基膦为探针分子, 通过³¹P魔角旋转固体核磁共振波谱(³¹P MAS NMR)测定了样品酸处理前后的酸密度和酸强度. 以5,7-二羟基-4-甲基香豆素的Pechmann缩合反应为模型反应, 考察了样品的酸性质与催化活性之间的关系.     

小角X射线散射中porod正偏离的校正

当散射体系中除散射体外还存在微电子密度起伏时,实测散射强度将形成对Porod定理的正偏离,从而使散射体的散射失真。提出了一种在长狭缝准直条件下应用模糊强度校正正偏离的方法：作出In[q^3I(q)]～q^2曲线,用公式n[q^3I(q)]=InK'＋σ^2q^2拟合大波矢区直线,求出斜率σ^2,作出In[q^3I(q)]-σ^2q^2～q^2曲线即为无偏离的Porod曲线,由此曲线再还原出无偏离的散射强度,即I'(q)=exp{In[q^3I(q)]-σ^2q^2}/q^3,再以醇热法合成的介孔氧化锆粉体为例进行了讨论。     

TEOS-MTES基SiO2溶胶微结构的SAXS研究

正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,在碱性条件下制备含有无定形SiO2颗粒的溶胶,以甲基三乙氧基硅烷(MTES)在酸性条件下获得聚甲基硅氧链,二者混合后应用同步辐射X射线进行混合溶胶的SAXS散射强度测定,计算了溶胶的平均回转半径、平均粒径、两相界面层厚度、散射体体积分数、两相间比表面积等参数,辅以光子相关光谱法(PCS)和透射电子显微镜(TEM)观测溶胶粒度,证实SiO2颗粒被MTES混合物连接成族团.实验发现所测混合溶胶样品均表现出对Porod定理的负偏离,说明溶胶中颗粒与溶剂之间存在很明显的两相间界面层.     

Porod scattering study of coarsening in immiscible polymer blends

Studies of immiscible blend compatibilization often involve laborious microscopy methods to characterize changes in the particle size distribution with time in the melt. Here we explore a simple alternative approach based on Porod scattering from the two-phase structure. Although micron-sized particles in immiscible polymer blends are too large to be fully characterized by small-angle scattering, Porod scattering measurements of the interfacial area combined with knowledge of the blend volume fraction allows determination of an average particle diameter from a single scattering measurement. This technique is illustrated in experiments monitoring coarsening of particle size in polystyrene/poly(methyl methacrylate) blends prepared either by melt blending or solid-state shear pulverization. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 43: 3413–3420, 2005     

Investigation of the micellization process of single and gemini surfactants from arginine by SAXS, NMR self-diffusion, and light scattering

We have investigated the aggregates formed by gemini and single-chain cationic surfactants with arginine head groups in dilute solutions by combining SAXS, static and dynamic light scattering, and PGSE NMR techniques. SAXS and NMR spectroscopy indicate that the single-chain homologue forms spheroidal aggregates, whereas the gemini surfactants form cylindrical micelles. The main parameters characterizing the micellar shape, i.e., aggregation numbers and geometrical dimensions, were evaluated from the analysis of the SAXS and NMR data. These structural parameters are in good agreement with those determined previously by surface tension and cryo-TEM studies. Some divergences were obtained using the light scattering technique, in which case the shapes of the aggregates formed by the single-chain surfactant were not in accordance with those obtained by SAXS and NMR spectroscopy.     

L-苯丙氨酸衍生物与脂肪胺构筑双组分超分子凝胶

设计合成了系列单链L-苯丙氨酸衍生物,该系列衍生物单组分没有胶凝性能. 选择脂肪胺作为配对物,与L-苯丙氨酸衍生物组成双组分体系后能够胶凝许多有机溶剂形成凝胶. 流变学测试显示该凝胶体系弹性模量（G’）比粘性模量（G"）约高一个数量级,有着很好的机械性能,并且呈现出典型的类固体的流变学行为. 傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、核磁共振（NMR）谱、小角X射线衍射（SAXS）和扫描电镜（SEM）结果表明,凝胶中胶凝剂分子形成纤维状或片层状的聚集体,羧基（―COOH）和氨基（―NH₂）的酸碱作用、酰胺基团间（―CONH―）的氢键作用以及分子间范德华作用力是形成该凝胶的主要驱动力. 凝胶中胶凝剂分子自组装形成具有周期性的层状有序结构,层状结构进一步组装形成纤维状聚集体,最终形成三维网状结构阻碍溶剂流动形成凝胶.