三维连续大孔钛锆系催化材料的制备及性能研究【文献综述】.docVIP

文献综述 应用化学 三维连续大孔钛/锆系催化材料的制备及性能研究 摘要：本文就三维连续大孔钛/锆系固体酸催化剂的制备和表征进行了研究，通过硬模板浸渍法制备催化剂载体，由红外光谱仪、透射电镜仪等进行表征和测量，并将其用于酯化反应，与液体浓硫酸作为催化剂进行反应作比较。本研究不但对三维连续大孔材料应用的推广具有一定意义，也为复合氧化物固体酸催化剂的制备和表征提供了研究方法和一定的实验数据。 关键词：钛锆系材料；催化剂；制备；性能。 1.三维有序大孔材料的发展和应用 1.1三维有序大孔材料的简述及其发展 多孔材料在化学化工过程中广泛使用，尤其是有序孔材料，如分子筛，在石油炼制、石油化工、精细化工等工业领域是不可或缺的吸附剂、催化剂或分离剂。有序孔材料的共同特征是具有规则而均匀的孔道结构，其中包括孔道与窗口的尺寸和形状、孔道的维数、孔道的走向、孔壁的组成与性质；而孔道的大小尺寸是多孔结构中最重要的特征。新型结构性能的分予筛合成长期以来受到广泛重视，开发高硅、大于十二元环的多维孔道分子筛一直是研究的热点。 3DOM材料又称为反蛋白石结构材料，是一类孔径大丁50 nm的新型大孔材料。l997年，Vevel等首次用胶晶模板法制备了3DOM SiO2，为3DOM制备提供了经济、简便而有效的方法，存物理、化学学术界引起了 泛关注。与晶体结构的分子筛需要经过骨架原了同晶取代或离子交换才能引入高活性金属离 不同，3DOM材料孔壁骨架由纳米粒子构成，既可以由单组分金属、金属氧化物组成，义可以由多组分组成的晶体或阎溶体、无机-有机杂化物、高聚物、硫属化合物组成，具有良好的兼容性，易f构建出既具有特定组成又有周期有序大孔结构两种特性的新型功能材料；而日J孔径大又分布均匀，孔道排列整齐有序。与其它多孔材料相比，其独特的孔道结构有利于物质从各个方向进入孔内，降低物质扩散阻力，为物质的扩散提供最佳流速及更高的效率。在作为载体、催化剂、分离材料利电极材料等众多领域有着广阔的应用前景。此外，材料的周期空间点阵大孔结构对光具有强的衍射特性，是一种优化的光子品体，在光学、信息产业领域有很好的应用前景。冈此，近年来新型的3DOM材料制备及其相关应用研究正方兴未艾[1]。 1.2 三维有序大孔材料作为催化、载体和吸附材料方面的应用 3DOM材料不仅孔道排列整齐有序，而且得益于其独特的制备方法，孔径大小可控可调，是一类新型大孔催化剂、吸附剂、色谱材料和微生物载体。较宽的孔道可以大大提高物质的扩散系数，尤其有利于如蛋白质等生物大分子物质传输，可用于固载酶等高催化活性的生物大分子。规则的孔道结构对光的衍射作用，使孔结构对材料的光吸收具有协同增强作用。因此，3DOM材料有可能产生独特的催化和吸附特性。 Ueda等合成了钙钛矿型的混合金属氧化物Lal-xSrxFeO的3DOM材料，其组成和相态均能有效地控制。与非孔性粒子相比，虽然两者粒子晶粒大小相近，但3DOM材料的比表面积明显高于非孔材料，催化氧化碳纳米粒子的性能也明显高于后者。 Li等合成了三维TiO2空球膜，吸附染料甲紫后， 由于入射光在3DOM-TiO2内的多重散射，明显增加了甲紫吸收带红边的吸收率，增强了光催化活性。Srinivasan等的研究显示，3DOM 骨架结构有利于甲基蓝向活性表面的扩散，使得3DOMTiO2，材料具有比Degussa-P25更高的催化活性。 Wang等合成的掺杂了锆和钽的3DOM TiO2材料的光催化性能也高于非孔性材料。可能原因在于：大孔材料强的光吸收性能和光诱电子一空穴对的快速分离；物质在复合材料的介孔和大孔结构内的高扩散速率；ZrO2和Ta205在TiO2骨架中的高分散性。 由于传统方法制备的Pt-亲氧金属合金催化剂在粒子形貌上很难控制，以致在评价各种组成的催化剂催化氧化甲醇的活性时有很多不确定性，而合成的3DOM 材料，由于具有相同的孔结构，能有效地去除这些不确定性，提高实验的重复性。 骨架结构易于嵌入功能基团是3DOM 材料最重要的特性之一。与分子筛引入功能团不同，3DOM材料在合成之初就可加入含功能基组分制备成混合前体，使之充分均匀混合，结果官能基不仅附着在孔表面，而且嵌入孔壁体相中，可达到结合牢固、负载量大的目的。目前，3DOM功能材料制备已取得很好的进展，在孔壁表面引入甲基、乙基、乙烯基、多金属氧酸盐、有机染料等及相关的催化、分离性能已相继报道。如Stein等制备的巯基功能化3DOM ZrO2-SH和3DOM TiO2-SH杂化材料，对水溶液中的Hg和Pb显示了良好的吸附性能。在另一篇论文中，报道了硅钨杂多酸功能化SiO2，3DOM材料有十分好的环氧化催化特性，且反应完后并未检出w的流失。王恩波等对3DOMSiWll(γ-SiW10)-SiO2的光催化性能测试表明，其对水