介孔氧化锆的制备及其机理初探

【摘要】： 介孔ZrO_2的介孔尺寸、规则的孔道结构及良好的表面凝聚特性对氧化、酸催化等各类催化反应及其吸附显示更为有效的作用,在脱水、加氢、氢交换反应中也表现出优良的催化性能。由于介孔ZrO_2的合成过程受多种因素的影响,其合成规律复杂,因此探讨介孔ZrO_2的合成方法,优化合成条件仍有一定的实际意义。本文用价格低廉的工业纯氯氧锆与十二烷基磺酸钠(SDS)、糖类小分子(C_6H_(12)O_6和C_(12)H_(22)O_(11))、聚合物(PVP)制备出了介孔ZrO_2。考察了制备过程中各种反应条件对产物孔结构的影响,并对反应机理进行了初步探讨。 主要内容如下: 1.评述了介孔材料的机理研究,重点介绍了介孔ZrO_2的研究进展,并分析了目前制备介孔ZrO_2存在的主要问题。 2.使用SDS作模板,采用水热法、沉淀法和微波法合成介孔ZrO_2。发现:1)三种方法制备的前驱体均拥有层状介孔结构,这说明表面活性剂SDS在合成介孔结构的过程中确实起到了结构导向的作用。2)对前驱体进行最佳NaOH溶液后处理(最佳浓度和最佳处理时间)可以使ZrO_2相对有序的介孔结构保持到500°C。3)水热法制备的样品在脱除模板剂后有序度最高,这与其合成的前驱体为半晶状孔壁的ZrO_2密切相关。 3.使用C_6H_(12)O_6和C_(12)H_(22)O_(11)作模板,采用沉淀法合成介孔ZrO_2。考察了不同合成条件对产物孔结构的影响,确定了最佳反应条件,并由此制备出了有序性较高的介孔ZrO_2。发现两种糖类分子制备的产物拥有相似的介孔结构,这可能是真正起到模板作用的是C_(12)H_(22)O_(11)的水解产物葡萄糖和果糖。 4.使用PVP作模板,采用沉淀法合成介孔ZrO_2。通过摸索最佳的合成条件来制备介孔ZrO_2。发现不同条件下制备的样品的吸脱附等温线都带有明显的滞后环,且滞后环的形状、等温线的类型随着制备条件的不同而发生了变化,因此,可以通过改变制备条件来调控样品的比表面积和孔结构。