铝离子和钛离子化学改性MCM-41介孔材料的制备及其对污水中镉离子的吸附性能(英文)

通过在MCM-41材料中引入Al 3+和Ti 4+两种诱因金属离子合成了化学改性介孔材料Al-Ti-MCM-41和Ti-Al-MCM-41;评价了两种介孔材料对污水中镉离子的吸附行为.利用氮气吸附-脱附等温线对Al-Ti-MCM-41(1∶1)样品的吸附行为进行了详细分析,考察了吸附剂投加量、Cd2+初始质量浓度和吸附温度对其吸附行为的影响.结果表明:改性Al-Ti-MCM-41(1∶1)介孔材料的最可几孔径和比孔容分别为16nm和0.04cm3/g,由BJH法计算得到的平均孔径为17.02nm;其对污水中Cd2+的吸附率达99.8%.Cd2+的吸附率随Al-Ti-MCM-41(1∶1)介孔材料投加量的增加先增加而后降低最终达到平衡,吸附容量随Cd2+初始浓度的增大而增加;吸附温度对吸附行为基本无影响.     

苯基化纳米MCM-41材料的制备与表征

以苯基三甲氧基硅烷为偶联剂对纳米MCM-41分子筛进行了有机改性,制备了苯基改性的纳米MCM-41分子筛MCM-41(m)。利用元素分析、粉末XRD、傅里叶变换红外光谱、氮气吸附-解吸附、扫描电镜和差热-热重分析对制备产物进行了表征。粉末XRD结果表明,改性过程中,分子筛骨架未被破坏,并且所制备MCM-41(m)分子筛结晶度依然很高;傅里叶变换红外光谱表明苯官能团已经成功地接枝到了分子筛的孔道表面,且所得产物的骨架依然完好;低温氮气吸附-解吸附分析结果表明,MCM-41(m)分子筛孔道具有高度有序性,改性的纳米MCM-41分子筛孔道内的硅羟基与苯基三甲氧基硅烷发生了硅烷化反应,苯基成功地接枝到了分子筛的孔道表面。扫描电镜结果表明, 制得的苯基改性纳米MCM-41平均尺寸为110 nm。差热-热重分析结果说明了所制备的苯基化的纳米MCM-41样品具有良好的热稳定性,骨架稳定温度为823 ℃。苯基化的纳米MCM-41材料具有作为催化剂材料的潜在应用前景。     

氮气在MCM－41分子筛中的吸附：实验和分子模拟

用美国Micromeritics公司生产的ASAP2010物理吸附仪测定了低温（77 K） N_2在MCM-41分子筛中的吸附等温线，获得了表征MCM-41特征的BET比表面、BJH孔 容和平均孔径。同时用巨正则Monte Carlo（GCMC）模拟方法考究了N_2在MCM-41中 的吸附，得到了N_2在MCM-41中的模拟吸附等温线，分析了流体在MCM-41分子筛中 的微观结构。GCMC模拟中MCM-41介孔材料模型化为圆柱孔，N_2模型化为Lennard- Jones（LJ）球。N_2和MCM-41介孔墙壁间的相互作用采用Tjatjopoulos-Feke- Mann（TFM）势能模型进行表征。通过使模拟和实验结果有一个好的吻合，确定了 一组有效的MCM-41分子筛的势能参数（σ_(ww) = 0.265 nm，∈_(ww)/k = 190 K ）。这为以后其他吸附质在MCM-41中吸附的预测奠定了基础、提供了依据。     

MCM-41分子筛的改性、表面结构与吸附性质的研究

用三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、四氯化硅与甲基碘改性高硅MCM-41中孔分子筛。XRD,^2^9SiMASNMR,^1^3CMASNMR,以及N~2、水与环己烷吸附的表征,显示改性不同程度地改变了分子筛的表面组成与结构,减小孔径,增加孔壁厚度,因而影响吸附行为,减小吸附容量。硅烷化减少了MCM-41的表面硅羟基含量,增加其疏水性。用CH~3I改性使孔径减小1.4nm,而硅羟基含量并未显著减少。硅烷化以及用CH~3I改性可提高MCM-41分子筛的热稳定性。SiCl~4的改性作用相对不明显。样品的水及环己烷吸附容量与其表面硅羟基含量呈现不同的线性关系,揭示高硅MCM-41分子筛表面吸附中心的本性。     

过渡金属改性MCM-41的结构及对苯催化氧化的研究

制备了Ti,Fe,Cr,Ni改性的MCM-41,采用XRD、低温N₂吸附及TPD手段研究了改性MCM-41的结构特征和表面性质.过渡金属可同品取代骨架Si,同品取代的能力与过渡金属离子半径有关.过渡金属改性MCM-41均具有较好的长程有序结构、均一的孔径分布和较高的比表面积.引入不同的过渡金属可以改变MCM-41表面酸性和亲水/憎水性.考察了改性MCM-41对苯氧化的催化性能.     

MCM-41-HY复合分子筛的合成及其在深度加氦脱硫中的应用

在水热条件下合成了包覆型MCM-41-HY复合分子筛，采用XRD、N2气吸附和SEM等方法对其进行了表征．结果表明，MCM-11-HY复合分子筛和MCM-41与H型Y沸石（HY）的机械混合物明显不同，在复合分子筛MCM-41-HY中．中孔相MCM-41附晶生长在HY沸石上，将HY包覆起来，以二苯并噻吩为模型化合物，考察了该材料担载NiMo催化剂的加氧脱硫活性．结果表明，MCM-41-HY复合分了筛与MCM-41和HY的机械混合物担载NiMo催化剂的加氯脱硫（HDS）活性相当，但MCM-41-HY复合分子筛担载NiMo催化剂的裂化活性较低．其裂化活性不同的原因在于其载体孔道结构和酸性位的分布不同。     

介孔材料MCM-41上汽油吸附深度脱硫

 研究了不同硅铝比的MCM-41介孔材料作为吸附剂对模型汽油以及真实FCC汽油的脱硫性能. 结果表明,在室温和常压下,MCM-41介孔材料对模型溶液中噻吩的吸附随着吸附剂中铝含量的增加而显著提高. 吡啶吸附的红外光谱显示,噻吩吸附容量的提高与吸附材料酸性的明显增大有直接关系. 但在对FCC汽油的吸附脱硫实验中,随着MCM-41中铝含量的提高,脱硫率并未增大. 这主要是由于在FCC汽油中存在大量性质与噻吩类含硫化合物十分相近的芳烃和烯烃,竞争吸附导致MCM-41对有机硫化物的吸附能力显著降低.     

MCM-41分子筛负载钼钴系催化剂的噻吩HDS研究

通过氧吸附量、噻吩吸附热及反应速率常数的测定，研究了MoO3/MCM-41、MoO3-CoO(NiO)/MCM-41系列催化剂，发现，对于MoO3/MCM-41催化剂，当MoO3的质量分数（以MCM－41为底数，即MCM－41＝1g时，MoO3含量为0．15g，下同）从15％增加到20％时，其噻吩的加氢硫（HDS）活性增大，至25％时活性下降，所对应的氧吸附量（mL/g催化剂）也是先增大后减少，并且两者有很好的线性对应关系，而且噻吩吸附热则基本保持不变，采用不同的MoO3-CoO(NiO)浸渍顺序制备的MoO3-CoO(NiO)/MCM-41催化剂中，先浸渍CoO(NiO）再浸渍MoO3的催化剂，其噻吩HDS活性明显优于对其它浸渍顺序制备的催化剂，同时催化剂的氧吸附量和噻吩吸附热也最大。     

纳米MCM-41组装DBC-偶氮胂的研究

以纳米MCM-41孔道为模版,组装制备了二溴对氯偶氮胂(DBC-ASA)纳米簇合物。采用化学分析、粉末X-射线衍射、77 K N2吸附-解吸附、红外光谱、固体扩散漫反射光谱及发光光谱表征了制备的(MCM-41)-(DBC-ASA)主-客体纳米复合材料。结果表明,DBC-ASA成功地组装在了主体MCM-41中,并且处于主体分子筛材料的纳米孔道中。(MCM-41)-(DBC-ASA)纳米复合材料具有作为发光材料的应用前景。     

介孔分子筛MCM-41的硅烷化改性及吸附性能研究

高硅分子筛MCM-41具有均匀的中孔孔径分布、较大的比表面积(>900m2/g)[1-2],应用前景广阔.已在硅基分子筛的基础上合成了各种含有杂原子分子筛、金属氧化物分子筛、有机官能团分子筛[3-8].改变介孔MCM-41分子筛的表面组成可以较好地调节其吸附性能[9].本文以直接反应的方法用三甲基氯硅烷来修饰MCM-41.通过XRD、红外吸收光谱和比表面和孔隙率测定对样品进行了表征,并分别对改性前后样品进行了水与苯的吸附性能研究.     

疏水改性MCM-41对甲草胺缓释性能的影响

采用浸渍法将甲草胺吸附到纯硅MCM-41(M41)介孔材料中, 以六甲基二硅氮烷(HMDS)为表面改性剂, 通过气-固反应对吸附了甲草胺的M41材料(Ach/M41)进行疏水改性, 得到了既具有高载药性又能有效延缓甲草胺释放的缓释体系Ach/TMS-M41. XRD、低温N₂吸附/脱附、FT-IR和TG等分析结果表明, 甲草胺在M41中的吸附量高达0.381 g·g^-1(质量分数为27.6%), 此时M41仍保持原有的孔道结构, 且甲草胺能完全分散于M41孔道中. 分别对Ach/M41和Ach/TMS-M41在水中的缓释性能进行了测试, 甲草胺释放率分别为62%和38.1%, 表明疏水改性对延缓甲草胺释放有较好的效果. 而且, 介孔材料孔壁对甲草胺具有明显的紫外屏蔽保护作用.     

Yb~(3+)-MCM-41表面印迹聚合物的制备及其吸附性能研究

采用新型表面离子印迹技术,将功能单体壳聚糖接枝在MCM-41颗粒表面上。以Yb~(3+)为模板,在MCM-41微粒表面进行离子印迹,制备了以MCM-41为载体的Yb~(3+)印迹聚合物IIP-CMC/MCM-41,考察了吸附剂的选择性和吸附性能。研究了吸附剂对Yb~(3+)的结合性能、识别性能及识别结合机理,探讨了主要影响因素对离子印迹材料的吸附性能影响规律。结果表明,印迹聚合物IIP-CMC/MCM-41在pH=5、65℃的条件下,吸附20min后吸附量即达到220.16mg/g,且具有良好的稳定性。     

基于MCM-41分子筛表面的镱离子印迹聚合物的制备及其性能

运用离子印迹技术,以3-氯丙基三乙氧基硅烷为锚定剂,将功能单体直链聚乙烯亚胺(PEI)接枝在MCM-41分子筛表面,选择镱离子作为模板离子,以环氧氯丙烷交联制备出基于MCM-41表面的镱离子印迹聚合物Yb(Ⅲ)-IIP-PEI/MCM-41,并以同样的方法制备非离子印迹聚合物(NIP-PEI/MCM-41)。 利用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等技术手段对Yb³⁺印迹聚合物进行表征,采用静态吸附法确定了Yb(Ⅲ)-IIP-PEI/MCM-41对Yb³⁺的最佳吸附条件及选择性吸附性能。 结果表明,Yb(Ⅲ)-IIP-PEI/MCM-41和NIP-PEI/MCM-41的最大吸附量分别为229.93和99.27 mg/g;印迹材料对Yb³⁺的吸附符合Langmuir模型;吸附平衡在40 min的时候基本可以达到,可以利用准二级动力学模型来描述其吸附过程;Yb(Ⅲ)-IIP-PEI/MCM-41对Yb³⁺具有较强的选择性,同时也具有很好的重复使用性能。 成功地将MCM-41和离子印迹聚合物的优点结合起来,制备出一种对稀土Yb离子既有高吸附量又有高选择性的吸附材料,为进一步将其应用在处理实际废水,分离回收低浓度稀土废水中的稀土元素等方面打下了基础。     

巯丙基官能团化MCM-41对Pb(Ⅱ)的吸附

采用嫁接法合成了巯丙基官能团化介孔分子筛MCM-41（MP-MCM-41），其结构经XRD、FT-IR、热重分析、N2吸附等手段进行了表征。研究了MP-MCM-41对水溶液中Pb^2＋的吸附，结果表明其具有较高的吸附量，在适宜的吸附条件下吸附量可达37．08mg／g。     

介孔硅铝酸盐吸附剂的柴油吸附脱硫研究

制备了一种微孔和介孔复合的硅铝酸盐吸附剂（MAS）,研究了其柴油吸附脱硫性能.利用Y型分子筛的前驱体合成了MAS,考察了合成过程中表面活性剂浓度、晶化时间和焙烧温度等参数对吸附剂脱硫效果的影响.利用过渡金属离子对吸附剂进行了改性,并在固定床中进行了柴油吸附脱硫研究.结果表明,不同吸附剂对柴油的脱硫效果是MAS〉MCM-41〉NaY,金属离子Cu＋、Ag＋改性都能提高吸附剂的脱硫性能,Cu＋的效果更好.     

(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质

借助水热法,以正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,在碱性条件下制备了纳米MCM-41分子筛。通过固相热扩散法将La2O3组装到MCM-41介孔孔道中,制备出含La2O3不同浓度的(MCM-41)-La2O3主-客体纳米复合材料。采用化学分析、粉末XRD、FTIR、77K低温N2吸附-解吸附、固体扩散漫反射吸收光谱、拉曼光谱、扫描电镜和发光光谱对主-客体复合材料进行表征。粉末XRD结果表明,La2O3组装到MCM-41分子筛的孔道后并未破坏分子筛骨架,在所制备的(MCM-41)-La2O3主-客体纳米复合材料中MCM-41骨架结构仍然具有较高的有序性,并且,随着植入客体材料浓度的增加复合材料的有序度有所降低。红外光谱表明所制备的纳米复合材料主体分子筛骨架完好;低温氮气吸附-解吸附技术表明La2O3已经部分地占据了MCM-41分子筛孔道,导致分子筛的比表面积和孔体积都有所降低;固体扩散漫反射吸收光谱表明吸收光谱的吸收峰发生了蓝移现象,并表现出量子限域效应,说明La2O3已经组装到了MCM-41分子筛的孔道中;拉曼光谱表明所制备的复合材料没有出现新的特征峰,表明La2O3已经组装到了MCM-41分子筛的孔道中;扫描电镜表明(MCM-41)-La2O3样品的外观非常规整,主要呈现的是球状结构,La2O3含量为10%时,(MCM-41)-La2O3的平均粒径为(114±10)nm。发光光谱研究结果表明,所制备的复合材料(MCM-41)-La2O3样品在396nm处具有较好的发光性质,因而具有作为发光材料潜在应用前景。     

MCM-41-HY复合分子筛的合成及其在深度加氢脱硫中的应用

在水热条件下合成了包覆型MCM-41-HY复合分子筛.采用XRD、N2气吸附和SEM等方法对其进行了表征.结果表明,MCM-41-HY复合分子筛和MCM-41与H型Y沸石(HY)的机械混合物明显不同,在复合分子筛MCM-41-HY中,中孔相MCM-41附晶生长在HY沸石上,将HY包覆起来.以二苯并噻吩为模型化合物,考察了该材料担载NiMo催化剂的加氢脱硫活性.结果表明,MCM-41-HY复合分子筛与MCM-41和HY的机械混合物担载NiMo催化剂的加氢脱硫(HDS)活性相当,但MCM-41-HY复合分子筛担载NiMo催化剂的裂化活性较低.其裂化活性不同的原因在于其载体孔道结构和酸性位的分布不同.     

杂原子介孔Co-MCM-41分子筛的制备及其吸附脱氮性能

采用水热法合成了介孔MCM-41和Co-MCM-41分子筛,并利用XRD、FT-IR、低温N₂吸附-脱附和NH₃-TPD等方法对合成的分子筛进行了表征。考察了晶化时间、晶化温度、陈化时间对合成介孔Co-MCM-41分子筛的影响,确定较适宜的合成条件为陈化时间1 h,晶化温度110 ℃,晶化时间2 d。XRD 和FT-IR表征结果说明,Co原子已经进入MCM-41的骨架。MCM-41和Co-MCM-41的平均孔径均为2.82 nm,BET比表面积分别为986.42和 637.69 m²/g,孔容分别为0.762 1和0.537 2 m³/g。NH₃-TPD的表征结果表明,MCM-41和Co-MCM-41的酸性都较弱,但Co-MCM-41的酸性明显强于MCM-41。在此基础上,利用合成的MCM-41和Co-MCM-41吸附脱除氮含量为1 737.35 μg/g的模拟燃料中的喹啉。喹啉分子尺寸的模拟结果为0.711 6 nm × 0.500 2 nm,说明其可以很容易地进入MCM-41和Co-MCM-41的介孔孔道中。Co-MCM-41分子筛的氮脱除率明显高于MCM-41,这是由于其较强的酸性及与喹啉之间的化学吸附,而且,Co-MCM-41吸附脱氮具有较好的再生性能。     

Cr/MCM-41催化剂的制备及其用于丙烷非氧化脱氢反应

实验分别采用连续吸附法和传统浸渍法制备Cr/MCM-41催化剂（分别记为Cr/MCM-41-ad和Cr/MCM-41-imp）,将制备的Cr/MCM-41催化剂用于丙烷非氧化脱氢制丙烯反应,并对反应过程中的温度、压力、空速等反应条件进行优化,在合适的条件即反应温度为630℃、压力为0.1 MPa、空速为4500 mL·h^-1·g^-1下比较两种方法制备的催化剂在丙烷脱氢制丙烯反应的催化性能.我们采用XRD、SEM-mapping、XPS、UV-vis、H₂-TPR等表征手段对催化剂上α-Cr₂O₃晶体粒径、活性组分及分布等进行表征分析,结果表明Cr/MCM-41-ad和Cr/MCM-41-imp中同时均存在Cr（VI）、Cr（Ⅲ）和α-Cr₂O₃.其中XRD和SEM-Mapping结果可知,Cr/MCM-41-ad上获得的α-Cr₂O₃晶体粒径较小且分散性好;通过UV-vis、XPS和TPR结果证明Cr/MCM-41-imp催化剂存在非活性孤立态Cr（VI）,较难还原,影响其反应活性.相比之下,吸附法制备的催化剂使Cr高分散,可避免形成非活性孤立态Cr（VI）,进而提高丙烷脱氢催化活性.因此,吸附法制备的铬基催化剂用于丙烷脱氢制丙烯有一定的借鉴作用.     

嫁接Al改性MCM-41介孔分子筛催化合成双酚F

以十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯为原料,合成纯硅MCM-41介孔分子筛。 再利用九水硝酸铝为改性剂来嫁接改性纯硅MCM-41介孔分子筛,NH3-TPD结果表明,嫁接后的AlMCM-41产生了中强酸。 用改性后不同n(Si)/n(Al)的AlMCM-41催化合成双酚F,在n（苯酚）/n（甲醛）=30、反应时间5 h、反应温度90 ℃、m（甲醛）/m（AlMCM-41）=7的反应条件下,在一定范围内,双酚F的产率随Al含量增加而增加,但在n（Si）/n（Al）＜50时,双酚F的产率反而下降,当n（Si）/n（Al）=50时,双酚F的产率最高,为42.28%。