鈰硅磷酸鋁分子篩的合成及表征.pdf

1、1982年聯(lián)合碳化公司首次在溫和的水熱體系中成功地合成了具有均勻、規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)和狹窄孔徑分布特征的磷酸鋁系列分子篩(AlPO-n)。AlPO-n是由磷氧四面體和鋁氧四面體嚴(yán)格交錯(cuò)相連而形成的三維中性骨架,沒(méi)有電荷交換能力。因此這類(lèi)分子篩沒(méi)有離子交換能力和質(zhì)子酸位,在催化領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大的限制。研究發(fā)現(xiàn)許多不同價(jià)態(tài)的金屬或非金屬元素可以取代分子篩骨架中心的Al3+和P5+,通過(guò)同晶取代形成具有不同結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)的雜原子磷酸鋁分子篩。取代

2、型磷酸鋁分子篩的骨架有了可交換的電荷,其酸性與催化性能有了很大的改善。由于雜原子磷酸鋁分子篩集過(guò)渡金屬的氧化還原性、分子篩的酸性和擇形性于一身,必將在催化領(lǐng)域產(chǎn)生廣闊的應(yīng)用前景。目前人們已經(jīng)將許多元素如Co、Fe、Zn、Mg、Si等金屬雜原子相繼引入到AlPO-n分子篩的骨架中,即形成取代型的SAPO、MeAPO與MeSAPO分子篩。但是把具有高儲(chǔ)放氧能力鈰和硅同時(shí)引入到AlPO4-n分子篩骨架中的報(bào)道還比較少,因此本論文將硅原子和具有

3、高儲(chǔ)放氧能力的鈰原子通過(guò)同晶取代引入到磷酸鋁分子篩骨架當(dāng)中,得到了雜原子鈰硅磷酸鋁分子篩。雜原子鈰和硅的引入增強(qiáng)了分子篩酸性的同時(shí),也可能使得分子篩具有了一定的氧化還原性能。本論文以水作為溶劑、三乙胺為模板劑、擬薄水鋁石為鋁源、正磷酸為磷源、碳酸鈰為鈰源和硅酸乙酯為硅源,采用水熱合成法合成了具有一定酸性和氧化性能的介孔鈰硅磷酸鋁分子篩(CeSAPO-5)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地考察了原料配比、鋁源、反應(yīng)體系的初始pH值、模板劑用量、晶化時(shí)間和晶化溫

4、度等合成因素對(duì)產(chǎn)物的影響。在成功合成鈰硅磷酸鋁分子篩的基礎(chǔ)上,本實(shí)驗(yàn)采用了不同的后處理方式對(duì)其結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性能進(jìn)行分析,并對(duì)介孔分子篩孔道內(nèi)模板劑的去除也進(jìn)行了相關(guān)研究,考察了磷酸鈰鋁分子篩的熱穩(wěn)定性。最后得出鈰硅磷酸鋁分子篩的合成適宜條件:晶化溫度150℃、晶化時(shí)間72小時(shí)、pH值為2.894.34、物料比n(Al2O3):n(P2O5):n(SiO2):n(Ce2O3):n(H2O)=1:1:0.4:0.2:36(摩爾比)。通過(guò)X射線(xiàn)

5、粉末衍射、透射電鏡、掃描電鏡、差熱-熱重、氮?dú)馕锢砻摳轿?、傅里葉紅外光譜等分析方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征。結(jié)果表明鈰和硅部分進(jìn)入分子篩骨架中;合成的CeSAPO-5分子篩具有AlPO-5分子篩晶體的六方晶系結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定好,結(jié)構(gòu)規(guī)整。測(cè)得樣品比表面積為194.1m2/g,孔容積為0.16cm3/g,孔徑主要分布在3-5nm處。本實(shí)驗(yàn)合成的CeSAPO-5分子篩為介孔雜原子磷鋁分子篩。本論文以合成乙酸丁酯的酯化反應(yīng)作為探針?lè)磻?yīng)來(lái)考察CeSAPO-