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1、化學(xué)工程學(xué)院新產(chǎn)品開發(fā)訓(xùn)練報(bào)告2010-12課題名稱：有序介孔碳的合成課題類型：設(shè)計(jì)/論文班 級：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：評語:指導(dǎo)教師簽名:（使用說明：設(shè)計(jì)/論文請選一使用，左側(cè)裝訂）第一部分 文獻(xiàn)綜述1.1 介孔材料的定義及研究背景根據(jù)國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC) 的定義，多孔材料(porous material) 可分為微孔材料、介孔材料和大孔材料。孔徑>50nm的孔為大孔(macropore),孔徑<2nm的孔為微孔(micropore),孔徑介于2nm50nm的孔為介孔(mesopore)1。有序介孔材料是以表面活性劑分 子聚集體為模板，通過有機(jī)物和無機(jī)物之間

2、的界面作用組裝生成的孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則、孔徑介于250nm的無機(jī)多孔材料。沸石分子篩用作催化劑被認(rèn)為是石油催化領(lǐng)域的一次革命。 這是因?yàn)樵谑蜔捴乒I(yè)中，許多催化加工過程如催化裂化、催化重整、加氫裂化等，由于使用了沸石催化劑，都有了新的突破。ZSM型沸石在姓:類的催化降凝、異構(gòu)化、歧化、芳構(gòu)化等方面的廣泛應(yīng)用，以及隨之而來的其它各種類型微孔分子篩的開發(fā)和應(yīng)用，給眾多的石油催化工藝注入了新的活力。這些孔類(0.31.0nm)分子篩之所以在吸附、分離以及擇形催化方面具有如此特殊的功能，在于它們的晶體內(nèi)部一般有均勻的孔道相通， 并具有很大的內(nèi)表面積以及較強(qiáng)的酸性等特點(diǎn)。盡管如此，由于在眾多的催化加工過程中

3、，常常還會遇到一些較大分子的加工問題。如重質(zhì)油的催化裂化、大分子物質(zhì)的吸附分離、大環(huán)狀配合物的固載等。顯然，現(xiàn)有的一些微孔分子篩就不能滿足要求了。因此，急需解決超大分子篩或者介孔材料的制備問題。同時(shí)，隨著染料與印染工業(yè)的發(fā)展，其生產(chǎn)廢水已成為當(dāng)前最主要的水體污染源之一。染料作為環(huán)境重要污染源，其種類多、污染量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且多數(shù)染料為有毒難降解有機(jī)物，化學(xué)穩(wěn)定強(qiáng)，具有致癌、致畸、致突變的 “三致 ”作用，而有序介孔材料在多相催化、吸附與分離、環(huán)境保護(hù)、功能材料等領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。因此，尋求新型的有序介孔材料成為國際上跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)之一。近年來，無機(jī)化學(xué)家們在分子篩合成的基礎(chǔ)上，致力于孔徑較大的

4、孔性材料的研究和開發(fā)，取得了一些突破性進(jìn)展，合成了一系列介孔(2.050.0nm)材料2,為解決上述問題提 供了新的希望。除此之外，近年來還陸續(xù)開發(fā)了適用于各種不同應(yīng)用目的的多孔炭材料新品種，除作為吸附、分離材料外，作為催化材料、電子能源材料、生物工程材料的應(yīng)用也陸續(xù)得到研究和 開發(fā)。1.2 介孔材料的分類1.2.1 按其結(jié)構(gòu)不同分介孔材料按其結(jié)構(gòu)不同科分為六種，其中較為常見的有：MCM-41 ,其空間群為D6m；立方相的MCM-48,空間群為Ia3d;層狀穩(wěn)定的MCM-50。另外，還有六方相的SBA-1 ,空間 群為PM3n；三維六方結(jié)構(gòu)的SBA-2,空間群為P6m/mm；無序排列的六方結(jié)構(gòu)

5、的 MSU-n ,空 問群為P6m。表1-1列出了不同孔道結(jié)構(gòu)的介孔材料。表1-1不同孔道的介孔材料孔道結(jié)構(gòu)特征晶系典型材料有序程度低，多為二一維接近八方MSU-n , HMS , KIT-1一維層狀（無孔道）/MCM-50二維（直孔道）八力MCM-41 , SBA-3 , FSM-16 , TMS-1三維（籠形孔道，孔穴）四方 立方SBA-8, KSW-2SBA-1,6,16;FDU-2,12;SBA-11工力-八方共生SBA-2,7,12,FDU-1三維交義孔道立方 四方SBA-16,MCM-48,FDU-5,HUM-7CKM-1,HUM-1一維交叉孔道二方（斜方）無1.2.2 按照其化學(xué)

6、組成分介孔材料可分為硅基和非硅基兩大類3。后者主要包括過渡金屬氧化物、磷酸鹽和硫 化物等。由于它們一般存在可變價(jià)態(tài)，展示出硅基介孔材料所不能及的應(yīng)用前景，但其熱穩(wěn) 定性較差，煨燒時(shí)容易造成介孔結(jié)構(gòu)塌陷，合成機(jī)理也不完善，因此對它的研究不如硅基介 孔材料活躍。1.2.3 按照介孔是否有序分介孔材料可分為無定形（無序）介孔材料和有序介孔材料。前者如普通的 SiO2氣凝膠、微 晶玻璃等，孔徑范圍較大，孔道形狀不規(guī)則；后者是以表面活性劑形成的超分子結(jié)構(gòu)為模板， 利用溶膠 - 凝膠工藝，通過有機(jī)物和無機(jī)物之間的界面定向?qū)б饔媒M裝成一類孔徑約在1.5 nm30nm,孔徑分布窄且有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔材

7、料，如 M41S等。1.6 . 按合成技術(shù)分介孔材料按合成技術(shù)可以分為三類。第一類是由Mobil公司4合成的M41S系列，包括六方相的MCM-41、立方相的MCM-48和層狀結(jié)構(gòu)的MCM-50。M41S系列分子篩最初是以陽離 子型表面活性劑作為結(jié)構(gòu)模板劑，在水熱條件下于堿性介質(zhì)中通過ST作用組裝得到的。其后Stucky及其合作者5-7把該機(jī)理擴(kuò)大到S-I +、S+X-I+以及S-M+途徑。而在酸Tt介質(zhì)中通過S+X-I + 作用得到的介孔分子篩其中的模板劑可用溶劑萃取法回收8-9 。第二類是由PinnavaiaiS題組10-14提出的兩個(gè)中立途徑，以中性伯胺或非離子型表面活性 劑與中性低聚硅前

8、驅(qū)體采用基于氫鍵作用的 鎮(zhèn)戶小0自組裝過程合成的介孔分子篩。其中以長 鏈烷基伯胺為模板劑在室溫下合成出了介孔全硅分子篩HMS 系列，而以聚氧乙烯基醚類非離子型表面活性劑為模板劑則得到 MSU系列分子篩。這兩類分子篩屬非晶態(tài)，且模板劑很容易 通過溶劑萃取除去15 。這些分子篩具有三維立體交叉排列的“worm-like 孔道結(jié)構(gòu)，其孔徑分布單一，孔壁較厚，因”而有較高的熱穩(wěn)定性。而其較短的中孔比一維孔道結(jié)構(gòu)的MCM-41或SBA型分子篩具有更優(yōu)越的擴(kuò)散性能。第三類為趙東元和Stucky等采用三嵌段共聚物作為有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑16-18得到的介孔分子篩，如在酸性體系采用P123 （ EO20PO70EO

9、20）嵌段共聚物作為模板劑可合成出有序度非常好的 六方相的SBA-15,其介孔孔徑可以在550nm范圍內(nèi)變化，且孔壁較厚（典型的在3到9nm）, 因此使得該材料具有更高的熱和水熱穩(wěn)定性。 并且其中的模板劑可通過焙燒或溶劑萃取脫除， 且焙燒溫度要比 MCM-41 低得多。1.7 介孔材料的研究現(xiàn)狀國外很久以前就開始對介孔分子篩研究，1992年 Mobil 公司的研究人員首次使用烷基季銨鹽型陽離子表面活性劑為模板劑， 在堿性條件下合成具有單一孔徑的介孔硅酸鹽和硅鋁酸鹽，其結(jié)構(gòu)為長程有序，比表面積在700m2/g以上，這種材料族被稱為M41S19,它包括六方品系 MCM-41、立方晶系MCM-48和

10、層狀結(jié)構(gòu)的MCM-50 ,孔道大小為210nm。1994年Huo等20合成M41S時(shí)，用完全相同的陽離子表面活性劑作為模板劑， 在強(qiáng)酸性（如 HCl ） 室溫條件下合成出介孔MCM-41 分子篩， 同時(shí)用端基較大的表面活性劑如十六烷基三乙基澳化胺等做模板劑，在類似的條件下合成出MCM-48 o與M41S相比，在酸性體系合成的MCM-41及MCM-48等產(chǎn)物中，表面活性劑與鹽酸摩爾比為 1:1,而前者產(chǎn)物中卻沒有明顯的 鹵素存在。酸性介質(zhì)中，自身組配的主要驅(qū)動力是靜電作用，即假設(shè)在陽離子SiO2物種與陽離子表面活性劑的極性頭之間的相互作用是借助于兩者之間的鹵離子起作用，并將這一思路 擴(kuò)展到其他介

11、孔材料的合成中，制備出一系列介孔過渡金屬氧化物材料，如 PbO、WO3等21。 與M41S的合成相比，Hou等合成方法的最大特點(diǎn)是強(qiáng)酸性介質(zhì)、低溫（室溫可合成）、晶化時(shí)間短和相對較低的表面活性劑也成功地用于這類材料的合成。Tanev22用中性長鏈伯胺分子作模板劑，在水-乙醇二元體系中室溫酸性水解正硅酸乙 酯（TEOS）合成六邊形相介孔分子篩，記作 HMS。他們認(rèn)為中性伯胺膠粒和中性無機(jī)物種 間的組配飾通過氫鍵作用進(jìn)行，即伯胺分子首先組配成中性的棒狀膠粒，當(dāng)TEOS水解時(shí)，產(chǎn)生的Si（OC2H5）4-X（OH）x物種與棒狀膠粒表面的伯胺端基間通過氫鍵相互作用，并隨硅烷醇的 進(jìn)一步水解，縮合導(dǎo)致短

12、程六方膠粒的堆積和骨架壁的形成。與靜電匹配途徑相比，經(jīng)S0I0（中性表面活性劑及中性無機(jī)離子）途徑合成的介孔分子篩具有較厚的孔壁，進(jìn)而提高了產(chǎn) 物介孔骨架結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性及水熱穩(wěn)定性。Corma等23首次制得Ti-MCM-41分子篩催化劑，并研究它在烯姓:環(huán)氧化反應(yīng)中的活性。 結(jié)果表明，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H2O2的轉(zhuǎn)化率和選擇性均有所提高，但對環(huán)氧化物的選擇性則 有所降低。用叔丁基過氧化氫（TBHP）氧化降冰片，5小時(shí)后H2O2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到30%,環(huán)氧 化物的選擇性為90%。而在同樣反應(yīng)中，用Ti-覦石的轉(zhuǎn)化率為30%, TS-1則無活性。Huo等24用TEOS和四丁基正鈦酸酯（TBOT）兩步水解

13、的方法得到了具有立方品系的 Ti-MCM-48 。實(shí)驗(yàn)表明，在較大烯烴體積含量的環(huán)氧化反應(yīng)中， Ti-MCM-48 的活性高于Ti-MCM-41 ,這可能是由于前者互有三維孔道結(jié)構(gòu)，H2O2和TBHP兩種氧化劑均有利于反式異 構(gòu)體的環(huán)氧化。Corma等25利用MOM-41的表面羥基可直接枝接TiP2c2得到一類新型的多相催化劑， 這均相催化劑的多相化提供了一條極好的途徑。在以TBHP為氧化劑的環(huán)己烯小環(huán)氧化反應(yīng)中， 1小時(shí)后轉(zhuǎn)化率達(dá)50%， TBHP 的選擇性為95%，但此類催化劑易失活。Stucky等26采用一類新型的模板劑在室溫酸性或堿性體系中合成出含三維六邊形籠結(jié)構(gòu)的六方晶系介孔分子篩，

14、記作SBA-2 。通過改變兩側(cè)或中間烷基鏈的長度和性質(zhì)能明顯調(diào)節(jié)產(chǎn)物的介孔結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)用作助溶劑的非極性分子如三甲基苯的引入能滲透膠團(tuán)中心的憎水部分使膠團(tuán)膨脹，晶胞增大，進(jìn)而擴(kuò)大了產(chǎn)物的孔徑。將合適的極性添加劑如叔戊醇引入膠團(tuán)的兩親區(qū)域， 在很大程度上增大了憎水中心的體積， 進(jìn)而使膠團(tuán)向降低表面曲率的方向轉(zhuǎn)變（如從球型膠粒轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻睿┙榭孜锵嘁惨虼擞蒘BA-2轉(zhuǎn)變?yōu)镸CM-41。SBA-2產(chǎn)物中的模板劑可通過焙燒除去，它的熱穩(wěn)定性高達(dá)800。周四清等27以十二烷基胺（DDA）為模板劑，TEOS為硅源，VOCl2為銳源成功地合成了 骨架型，V-HMS,并考察了 7個(gè)不同的Si/V摩爾比19為最佳

15、配比，反應(yīng)溫度為室溫。苯乙烯環(huán) 氧化反應(yīng)（反應(yīng)溫度為 50，反應(yīng)時(shí)間7小時(shí)）時(shí)，苯乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)19%，環(huán)氧化物的選擇性為26.3%。同時(shí)，通過VOCl2與HMS的離子交換反應(yīng)制備了組配型 HMS-V催化劑，并考察了 交換時(shí)間、交換溫度、活化溫度以及誘導(dǎo)源等因素對其催化性能的影響。結(jié)果表明，交換時(shí)間9小時(shí)、交換溫度120、活化溫度200是制備 HMS-V 催化劑的最佳條件。袁忠勇等28用超微粒硅膠、四甲基氫氧化銨（10%水溶液）和十六烷基三甲基溴化銨（ CTMABr ）為模板劑，硫酸氧釩為釩源， 通過水熱法合成了 V-MCM-41 分子篩，紅外光譜圖 約960cm-1處吸收峰隨鈾源的不同而不同。

16、張小明等29以十八烷基、聚氧乙烯醴為模板劑，以二氧化硅為硅源成功合成了 V-MSU層 狀介孔分子篩。它在以乙酸為介質(zhì)，H2O2為氧化劑的苯乙烯氧化反應(yīng)中，乙酸與 H2O2作用生 成的微孔過氧乙酸也有助于苯乙烯氧化反應(yīng)的進(jìn)行，表現(xiàn)出較高的活性和選擇性，而且該反應(yīng)得轉(zhuǎn)化率隨V-MSU 中釩含量的增加而增加。趙杉林等30以澳代十六烷叱噬為模板劑，硅溶膠為硅源，用微波輻射法合成出高結(jié)晶度的介孔雜原子V-MCM-41分子篩。這種微波輻射合成大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，簡化了操作，在 苯的羥基化反應(yīng)中顯示出良好的催化活性。郭建新等31以十六烷基三甲基澳化俊為模板劑， 在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，以S+XI+ （氧離子表面 活

17、性劑、鹵素或金屬陽離子及陽性無機(jī)離子）組配途徑成功地合成了 V-MCM-41 ,在苯乙烯 催化反應(yīng)中，苯甲醛的選擇性高達(dá)81%。1.8 介孔材料的主要結(jié)構(gòu)特征介孔材料是以表面活性劑為模板劑，利用溶膠-凝膠、乳化或微乳等化學(xué)過程，通過有機(jī) 物和無機(jī)物之間的界面作用組裝生成的一類無機(jī)介孔材料。有序介孔材料作為一種多孔納米 結(jié)構(gòu)材料已發(fā)現(xiàn)了多種介孔結(jié)構(gòu)，其主要特征為：長程即介觀水平結(jié)構(gòu)有序；孔徑分布 窄，孔徑大小可以調(diào)節(jié)；經(jīng)過優(yōu)化合成條件或后處理，可具有很好的熱穩(wěn)定性和一定的水 熱穩(wěn)定性；匕表面積大,可高達(dá)1000m2/g； 5顆粒具有規(guī)則外形，且可在微米尺度內(nèi)保持高 度的孔道有序性。6兗隙率高；7

18、表面富含不飽和基團(tuán)。1.9 多孔炭制備原料的擴(kuò)展表1-2至今已考察過制取多孔炭材料的原料制備多孔炭材料的原料糖蜜泥煤油煙廢橡膠、廢輪胎甜菜渣鋸屑煙煤煙道炭黑廢紙咖啡豆棉無煙煤黃血鹽殘?jiān)铣蓸渲?纖維椰子殼竹石油瀝青活性污泥樹皮果核血液油母頁巖畜產(chǎn)廢弁物木質(zhì)素核桃、栗子褐煤石油焦酒廠廢弁物樹皮殼棉子殼海藻硫酸渣皮革1廢弁物建筑廢材玉米芯和莖石墨油炭紙漿廠廢渣都市垃圾稻麥殼、桿骨煤焦油瀝青水產(chǎn)工場廢物廢活性炭最近加璐等總結(jié)了近年來國內(nèi)外利用不同原料來制取各種活性炭的基本情況32 ，表明活性炭原料的開發(fā)研究比較活躍。以上所列各種原料不少都已達(dá)到工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)。早期多孔炭系是由含碳的天然植物或礦物為原料

19、，如果殼、果核、木材、各種牌號的煤炭和重質(zhì)石油瀝青等。 近年來 ,隨著用途的不同其原料向完全相反的兩個(gè)方向發(fā)展。 一是為制造應(yīng)用量大面廣，性能一般但價(jià)格低廉的制品，著眼于利用低品位煤炭(泥煤或褐煤)、木材邊角廢料、竹材、紙漿廢液、廢焦、廢橡膠輪胎及廢塑料,各種廢棄的農(nóng)副產(chǎn)品等。另一方面則是追求特殊功能及形態(tài)，考慮長期或再生回收利用，多使用特制的高價(jià)原料。從孔結(jié)構(gòu)和形態(tài)的控制角度考慮多是從合成樹脂、合成纖維出發(fā)，如吸脫附速度快的活性炭纖維，較多中孔結(jié)構(gòu)的醫(yī)用碳吸附劑，有特殊透過性能的多孔炭膜以及燃料電池用的多孔炭板等。還應(yīng)特別提到的是，將多孔炭材料中的木炭直接用作吸附劑的研究正受到廣泛關(guān)注。其原

20、因是制造木炭時(shí)只需炭化而不必活化，且原料除闊葉樹外也可用間伐的針葉樹及建筑、包裝廢材，故價(jià)格比活性炭便宜。其次是將木質(zhì)廢棄物燃燒處理時(shí)會產(chǎn)生大量使地球變暖的二氧化碳， 而制成木炭則可大大減少其生成， 同時(shí)使用后的木炭還可返回土壤中作土壤改良劑。1.10 介孔材料的制備方法1.10.1 模板法制備介孔材料的研究有序介孔材料是一類新型的納米材料，其特點(diǎn)是孔徑分布范圍窄并排列有序，具有高比表面積、孔容積大以及較高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，在作為精細(xì)化學(xué)品催化劑和生物大分子吸附分離等方面以及光、電、磁等功能材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。1992年首次報(bào)道六方有序孔道 MCM-41 的合成， 曾引起國際上各相關(guān)

21、領(lǐng)域科學(xué)家的極大關(guān)注， 隨后合成出的 MCM-48為立方結(jié)構(gòu)，并以三維的孔系統(tǒng)為特征，與MCM-41 相比，除共性外還不斷發(fā)現(xiàn)一些特性，如MCM-48固定的細(xì)胞色素C在幾個(gè)月內(nèi)還保持氧化還原活性；用MCM-48作模板合成孔道有 序的介孔碳孔徑為213nm，但用MCM-41只能得到微孔碳材料。介孔分子篩的穩(wěn)定性是影響應(yīng)用的主要因素，而合成分子篩的過程參數(shù)，模板劑種類均對它們的穩(wěn)定性有非常重要的影響。雙子表面活性劑是用聯(lián)接基團(tuán)將傳統(tǒng)的表面活性劑通過化學(xué)鍵聯(lián)接起來的一類新型的表面活性劑它特殊的分子結(jié)構(gòu)，比相應(yīng)的傳統(tǒng)表面活性劑的臨界膠束濃度(critical micelle concent ratio

22、n)低12個(gè)數(shù)量級，能大大降低水的表面張力，低濃度就表現(xiàn)出流變性、增溶性好及纖維狀膠束等，因此它是合成分子篩模板劑首選對象。模板技術(shù)在分子篩合成研究中一直占有非常重要的地位。早先微孔分子篩合成過程中以離子（如Ca2+）作模板，它們存在于分子篩骨架結(jié)構(gòu)的籠結(jié)構(gòu)的特定位置，作為分子篩的重要組成部分， 它們既起到平衡晶格電荷的作用， 同時(shí)又起到擴(kuò)張孔道的作用。 1992 年， Mobil 33 科學(xué)家們的研究工作使超分子模板技術(shù)步入它的黃金階段，作為形狀印記（離子印跡、分子印跡、超分子印跡、微生物印跡、宏觀印跡等）的一個(gè)重要組成部分，模板法制備介孔分子篩得以蓬勃發(fā)展。隨后，液晶模板、乳液模板、乃至細(xì)

23、菌模板等模板技術(shù)在介孔分子篩的制備中得到廣泛應(yīng)用。介孔分子篩的特點(diǎn)可歸納為： 以表面活性劑分子聚集體為模板， 通過表面活性劑分子聚集體和無機(jī)物種之間的界面組裝過程實(shí)現(xiàn)對介觀圖式結(jié)構(gòu)的剪裁。其中涉及Sol-gel化學(xué)、主客體模板化學(xué)、超分子化學(xué)。介孔分子篩的結(jié)構(gòu)和性能介于無機(jī)分子篩（如沸石分子篩）之間。它具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)和無定形SiO2 組成的孔壁，其規(guī)整性表現(xiàn)在XRD 譜圖上具有典型的晶體結(jié)構(gòu)衍射峰，但不同于一般晶體的是這些衍射峰出現(xiàn)在180勺小角范圍內(nèi)，對應(yīng)的類晶體結(jié)構(gòu)介于納米尺度，較普通晶體大得多。模板技術(shù)可用于制備窄孔徑分布的催化、分離、吸附、層析和過濾材料。利用模板技術(shù)制備具有孔徑均

24、一、分布規(guī)整的晶體可以用作納米反應(yīng)器，太陽能收集器，定量控制裝置以及用作 X 射線或者中子的微聚焦鏡。由于材料的介觀結(jié)構(gòu)與主要功能由模板決定，只要選擇合適的模板和基質(zhì)物種及制備工藝 （考慮模板和基質(zhì)物種的相互作用關(guān)系及其影響因素） ， 就能控制材料的特性及結(jié)構(gòu)的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)人工控制材料特性的目的，滿足人們對特異性材料的需求。另外，模板技術(shù)源于生物礦化過程，隨著人們對組裝過程認(rèn)識的不斷深入，人們必然加深對生物礦化過程乃至生命過程的理解，最終指導(dǎo)有意識的合成人們所需要的仿生材料。1.10.2 模板法合成OMC 的特點(diǎn)（1） 模板法合成OMC 的條件：第一、主體材料應(yīng)具有聯(lián)結(jié)的孔道；第二、主體材料

25、本身不僅要具有均一的外貌，而且應(yīng)具有很好的熱穩(wěn)定性來避免合成過程中使用的高溫（ 1000 左右）和后處理（使用HF或NaOH溶去二氧化硅）對最終介孔炭材料的形貌的影響。（2） 模板法合成的 OMC 的結(jié)構(gòu)正好與主體材料結(jié)構(gòu)相反，因此主體材料的壁厚決定 OMC 的孔徑大小，OMC的孔徑一般在10nm以下1.10.3 OMC 的制備方法兩步法是模板法合成OMC最常用的方法，即先合成硅基介孔分子篩，再以其為模板將碳 前驅(qū)體(有的需要孔內(nèi)單體聚合)灌入其孔道中，形成納米有機(jī)物/硅復(fù)合材料，然后經(jīng)過高溫炭化及模板消除技術(shù)最終獲得孔道高度有序排列的介孔炭材料。碳前驅(qū)體的填充路徑有兩 種：液相浸漬和化學(xué)氣相

26、沉積。(1) 液相浸漬法液相浸漬法是將碳前驅(qū)體以溶液的形式填充到模板的介孔中，然后通過炭化和酸處理工藝獲得OMC的方法。如Ryoo34等在合成CMK-1介孔炭時(shí)，以蔗糖為碳前驅(qū)體，分子篩MCM-48 為模板，將MCM-48 首先浸入到蔗糖的硫酸溶液中，為了獲得完全的碳前驅(qū)體填充，須對MCM-48進(jìn)行反復(fù)浸漬一干燥一433K熱處理，然后將干燥產(chǎn)物在低壓或惰性氣體保護(hù)下加熱 到1100炭化，這時(shí)蔗糖在硫酸的催化作用下轉(zhuǎn)化為炭，最后通過氫氧化鈉/乙醇稀溶液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)48%HF溶液在100c下溶解脫除模板獲得最終產(chǎn)物，所得的樣品具有明顯的小角X射線 衍射峰，說明材料具有有序的介觀排列。Fuertes3

27、5考察了填充程度對介孔炭孔道結(jié)構(gòu)的影響， 他們認(rèn)為當(dāng)硅孔道被完全填充時(shí)將得到單孔隙介孔炭，孔徑約 3nm,這類孔來源于氧化硅壁； 當(dāng)硅孔道被部分填充時(shí)得到雙孔隙介孔炭，一類孔來源于氧化硅壁，孔徑約 3nm,另一類來 源于未填充的硅孔間合并，孔徑約18nm,因此僅僅使用一種硅模板就可合成出不同尺寸的介 孔炭。液相浸漬法存在一突出的缺點(diǎn)即工藝復(fù)雜，它通過液態(tài)分子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)填充，為 達(dá)到孔內(nèi)分子的緊密堆積，須反復(fù)進(jìn)行浸漬 干燥處理，顯然需要的時(shí)間長，而且很難保證填充效率及重復(fù)性。(2) 化學(xué)氣相沉積法( Chemical Vapor Deposition， CVD )化學(xué)氣相沉積法36是一種或多

28、種氣體化合物通過高溫下的化學(xué)反應(yīng)形成新的物質(zhì)，并在惰性固體表面沉積析出的方法，如利用低分子量的碳?xì)浠衔镌诟邷叵聼峤猱a(chǎn)生炭沉積在預(yù)成型體孔內(nèi)。 它的特點(diǎn)是模板孔道中的炭量易控制， 填充效果好， 能阻止微孔的形成。Zhang37采用催化化學(xué)氣相沉積技術(shù)將單體乙烯與含粘的 SBA-15直接接觸聚合形成聚合物/分子篩復(fù) 合物，再經(jīng)熱解炭化和酸溶過程得到炭物質(zhì)，此物質(zhì)具有典型介孔特征。1.7 有序介孔炭的發(fā)展前景及研究意義有序介孔材料是一類新型的納米結(jié)構(gòu)材料38-39 ，其特點(diǎn)是孔道大小均勻、排列有序、孔徑可以在210nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而將分子篩的規(guī)則孔徑從微孔拓展到介孔領(lǐng)域，同時(shí)具有高的比表面積

29、和墻厚，以及較高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，載吸附、分離、催化等方面以及光、電、磁等領(lǐng)域40 具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，由于有序介孔材料具有規(guī)則可調(diào)的納米級孔道結(jié)構(gòu)，可以作為納米粒子的微反應(yīng)器，從而為人們從微觀角度研究納米材料的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)以及量子效應(yīng)等奇特性能提供了重要基礎(chǔ)。而以蔗糖為炭前驅(qū)體，介孔氧化硅 SBA-15 為模板制備介孔炭的相關(guān)研究報(bào)道尚少。本實(shí)驗(yàn)分別以三嵌段共聚物表面活性劑為模板正硅酸乙酯為硅源在不同溫度下合成不同孔徑的氧化硅 SBA-15-40， SBA-15-70 和 SBA-15-10 分子篩，然后以其為模板，蔗糖為炭前軀體，合成具有規(guī)整介孔結(jié)構(gòu)及較窄孔徑分布的介孔

30、炭 OMC-40 ， OMC-70 和 OMC-100 ，并通過對氮?dú)獾奈叫阅軐μ坎牧线M(jìn)行了表征，以清楚地了解它們的孔結(jié)構(gòu)及介孔分布，從而得出合成 OMC 的適宜溫度。參考文獻(xiàn)1 徐如人,龐文琴.分子篩與多孔材料化學(xué).北京 :科學(xué)出版社,20042 李惠云,何其戈,杜燕軍.新型沸石類介孔材料的合成及應(yīng)用.安陽師專學(xué)報(bào),1999,(2):272293 曾垂省,陳曉明,閆玉華等.介孔材料及其應(yīng)用進(jìn)展.化工科技 ,2004,12(5):48-524 Kresge C T, Leonowicz M E. Facile Preparation of Hierarchically Porous Carb

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