多孔材料的合成化学学习教案.pptx

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1、第1页/共35页第一页，共36页。第2页/共35页第二页，共36页。第3页/共35页第三页，共36页。 按制备工艺及成品的形貌分为(fn wi)泡沫多孔材料、蜂窝多孔材料和网眼多孔材料。第4页/共35页第四页，共36页。第5页/共35页第五页，共36页。第6页/共35页第六页，共36页。沸石与分子筛的特点沸石与分子筛的特点(tdin)(tdin)沸石：严格定义是一类结晶的硅铝酸盐微孔(wi kn)结晶体分子筛：具有选择性吸附能力的材料第7页/共35页第七页，共36页。沸石与分子筛的骨架沸石与分子筛的骨架(gji)(gji)结构结构 沸石具有三维空旷骨架(gji)结构，骨架(gji)是由硅氧四面

2、体SiO44-和铝氧四面体AlO45-通过共用氧原子连接而成，它们被统称为TO4四面体（基本结构单元）。所有TO4四面体通过共享氧原子连接成多元环和笼，被称之为次级结构单元（SBU）。这些次级结构单元组成沸石的三维骨架(gji)结构，骨架(gji)中由环组成的孔道是沸石的最主要结构特征。 第8页/共35页第八页，共36页。 在骨架中硅氧四面体是中性的，而铝氧四面体则带有负电荷，骨架的负电荷由阳离子来平衡。骨架中空部分（就是(jish)分子筛的孔道和笼）可由阳离子、水或其它客体分子占据，这些阳离子和客体分子是可以移动的，阳离子可以被其它阳离于所交换。分子筛骨架的硅原子与铝原于的摩尔比例常常被简称

3、为硅铝比（SiAl，有时也用SiO2Al2O3表示)。 沸石与分子筛的骨架沸石与分子筛的骨架(gji)(gji)结构结构第9页/共35页第九页，共36页。第10页/共35页第十页，共36页。n 介孔材料的主要特征：n 具有规则的孔道结构；n 孔径分布窄，且在1.330nm可以调节；n 经过优化合成条件或后处理，可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性；n 颗粒(kl)具有规则外形，且可在微米尺寸保持高度的孔道有序性。第11页/共35页第十一页，共36页。第12页/共35页第十二页，共36页。l骨架的组成的可调性；l非常高的表面积和吸附容量；l吸附性质能被控制；l酸性或其它活性中心的强度和浓度能被

4、调整l孔道规则且孔径(kngjng)大小正好在多数分子的尺寸范围之内；l孔腔内可以有较强的电场存在；第13页/共35页第十三页，共36页。3 常用常用(chn yn)的多孔无机材料制备方法的多孔无机材料制备方法沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出来生成有孔材料；水热或溶剂热合成法，如沸石的制备；热分解方法，通过加热除去可挥发组分(zfn)生成多孔材料；有选择性的溶解掉部分组分(zfn)；在制造形体（薄膜、片、球块等）过程中生成多孔（二次孔）。多层自组装双重模板,有控制的破坏；聚合物作模板剂；乳浊液作模板剂；第14页/共35页第十四页，共36页。 介孔和大孔材料的孔径控制(kngzh)：主要合成方法

5、现在有许多合成方法可被用来合成介孔材料和大孔材料，如按产物的孔直径分类，主要有以下几种(j zhn)： 2nm，使用不同链长的表面活性剂作模板剂； 2 7nm，高温合成； 4 7nm，二次合成合成后水热处理； 4 10nm，使用带电的表面活性剂和中性有机物； 4 11nm，二次合成水-胺合成后处理；多层自组装有控制的破坏； 2 30nm，聚合物作模板剂； 50nm，乳浊液作模板剂； 150nm，胶体颗粒模板剂晶化。 101000nm,多层自组装双重模板 其它非模板方法合成多孔材料多孔氧化铝、多孔碳材料、气凝胶、层柱材料第15页/共35页第十五页，共36页。l分子筛的转化(zhunhu)机理l介

6、孔材料的合成机理l多孔材料的合成机理第16页/共35页第十六页，共36页。固相转变机理 液相转变机理 双相转变机理 液相中硅酸根与铝酸根离子的聚合反应 阳离子的模板(mbn)效应第17页/共35页第十七页，共36页。第18页/共35页第十八页，共36页。第19页/共35页第十九页，共36页。第20页/共35页第二十页，共36页。第21页/共35页第二十一页，共36页。第22页/共35页第二十二页，共36页。第23页/共35页第二十三页，共36页。第24页/共35页第二十四页，共36页。第25页/共35页第二十五页，共36页。l多孔材料具有丰富的孔隙，当声波传播到多孔材料上时，在网状的孔隙内引起

7、空气的振动，进而通过空气与多孔材料基体之间的摩擦，声波的能量转变成热能而被消耗，从而达到消除噪声的效果。l如：安装在汽车排气管中间的蜂窝状多孔材料，用来减少汽车排气管的噪音。l一些新型建筑材料也广泛采用多孔泡沫陶瓷(toc)作为墙体材料。第26页/共35页第二十六页，共36页。l多孔材料扮演着“环境净化(jnghu)使者”的角色。l使用多孔材料，让废气或废液通过多孔体，其中的有害物质颗粒物就会被拦截或者吸附在多孔结构中，而净化(jnghu)后的气体或液体就可以排放到自然界中了。 第27页/共35页第二十七页，共36页。蜂窝(fngw)陶瓷过滤尾气的作用机制l柴油车尾气颗粒物过滤的途径(tjng

8、)是让尾气通过一种“壁流式”的蜂窝陶瓷。第28页/共35页第二十八页，共36页。l很多污染物都需要在催化剂的作用下进行催化处理，但是催化剂必须涂覆在一种载体上才能有效的起作用。 l在多孔材料基体上形成高比表面积的过渡层材料，然后将催化剂负载于这层高比表面积的过渡层上，就构成了一组催化反应器。 l多孔材料支撑体起到了提供催化反应器和分散催化剂的重要作用，而且支撑体本身(bnshn)性能的优劣(化学稳定性、热稳定性等)将直接影响到催化剂效能的发挥。 第29页/共35页第二十九页，共36页。l多孔材料具有较高的气孔率和较低的基体导热系数，所以(suy)这种材料具有很好的隔热保温效果。利用多孔材料的这

9、种优点可以将其用于各种防止热辐射的场合，以及用于保温节能方面，因此从环保和节能两方面来说都是有利的。l l采用多孔材料建筑材料可以让房屋具有非常好的保温隔热效果；航天器的热保护系统就广泛采用了多孔材料 第30页/共35页第三十页，共36页。n多孔材料的合成，关键问题是如何控制孔的大小、形状和分布，以及在孔道中引入功能基团和功能分子(fnz)。n功能化、大孔径、多维交叉、复杂孔道分子(fnz)筛的合成仍是分子(fnz)筛研究的热点之一。 第31页/共35页第三十一页，共36页。 所谓的介孔复合(fh)体就是将纳米尺寸的金属或非金属超微粒(或分子)用物理或化学的方法放入介孔固体的各个孔(或笼)内复

10、合(fh)而成的固体。它是纳米颗粒和介孔固体二者的联合体，因此，介孔复合(fh)体兼有纳米颗粒和介孔固体的某些独特性能。第32页/共35页第三十二页，共36页。 理想的材料是保持(boch)介孔结构的同时，又具有沸石型孔壁结构的强酸性复合材料。具有介孔和微孔结构的复合分子筛成为近年来沸石研究人员颇感兴趣的一类新材料。第33页/共35页第三十三页，共36页。 由于多孔材料(cilio)具有特殊的性能，在催化材料(cilio)和吸附材料(cilio)的应用方面显示出巨大的应用潜力。因此对多孔材料(cilio)的定向设计合成，具有重要的意义。多孔材料(cilio)的定向设计合成，首先要根据性能的要求

11、，设计出晶体的孔道模型，然后借结构孔道数据库的帮助来选择和制订理想模型及其稳定存在的条件，最后在借合成反应库的指导，选择合成方案和修饰途径。第34页/共35页第三十四页，共36页。感谢您的观看(gunkn)！第35页/共35页第三十五页，共36页。NoImage内容(nirng)总结1.多孔材料(cilio)与它的分类。经过优化合成条件或后处理，可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性。骨架的组成的可调性。在凝胶固相中，由于硅铝酸盐骨架缩聚、重排而导致沸石的成核和晶体的生长。LCT机理：介孔材料(cilio)的合成是以表面活性剂生成的液晶相为模板。如：安装在汽车排气管中间的蜂窝状多孔材料(cilio)，用来减少汽车排气管的噪音。柴油车尾气颗粒物过滤的途径是让尾气通过一种“壁流式”的蜂窝陶瓷第三十六页，共36页。