介孔氧化铝与介孔氧化锆的制备及性能研究

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目前介孔金属氧化物是一类广受关注的新型介孔材料。许多金属氧化物本身具有很好的催化、光、电、磁等方面的优异性能,因此合成具有有序孔道结构,较高比表面积的介孔氧化物材料可望为介孔材料开辟新的应用领域,具有重要的实际意义。本文主要研究两种介孔氧化物-介孔氧化铝和介孔氧化锆。   介孔氧化铝是一种具有较好的热稳定性,表面酸性及吸附性能的介孔材料,可以作为吸附剂,催化剂及载体应用在许多化工过程中,其制备方法、结构和特性的研究已成为当今国际上的研究热点。但其比表面积较小,水热稳定性较低等缺点限制了其在催化及吸附方面的应用。本文采用溶胶-凝胶法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,氯化铝为铝源,尿素作为调节剂,通过控制合成温度、晶化温度和焙烧条件合成了比表面积较大,孔径分布在4-10 nm之间,孔容达0.5 cm3/g,具有蠕虫状孔道结构的介孔氧化铝,热稳定性达到600℃以上。   采用实验室自制的介孔氧化铝为吸附剂,对铅离子进行吸附,研究了吸附条件对吸附性能的研究。实验表明,在吸附进行90 min吸附率达到97%,基本达到吸附平衡;在低pH范围,吸附率随着pH值的增大而增大,在pH约为5.0~6.0时吸附率最大;吸附率随着温度的升高而上升,表明介孔氧化铝对铅离子的吸附过程是吸热过程;通过研究吸附动力学和热力学,得出介孔氧化铝对铅离子的吸附符合Lagergren二级速率方程,吸附等温线可以用Freundlich方程描述。   由于氧化锆表面具有酸性和碱性中心,作为催化剂和催化剂载体受到广泛关注。用硫酸化后的氧化锆呈现超强酸性,在相关的酸催化反应中显示出独特的潜力。但硫酸化后的氧化锆存在着比表面积低,SO42-易损失,热稳定性差的特点。因此合成比表面积较大,热稳定性高的介孔氧化锆引起研究者的广泛关注,本文以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,硫酸锆为锆源,在水热条件下通过在合成中加入盐溶液,并在后处理中用溶液浸渍去除模板剂的方法制备出了介孔氧化锆。实验表明,合成中加入NaCl,并后处理采用NaCl浸渍处理3次可以合成比表面积较大,孔壁为四方相的介孔氧化锆,孔道结构有序性较好,热稳定性可高达600℃。   采用硫酸浸渍法制备了介孔氧化锆固体超强酸,并以水杨酸和异戊醇的酯化为探针反应,考察了不同合成条件对酯化反应的影响。实验表明,水杨酸异戊酯的产率可达到92%,催化剂重复使用3次,酯化产率仍可达到85%。
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