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本文主要选用天然植物材料作为模板或载体,研制高比表面固体碱和复合介孔材料。本文第一部分主要选用了大米淀粉资源为模板或碳前驱体,开发出“凝胶-模板”和“原位煮饭”两种途径来研制高比表面或成型MgO/C固体碱材料;第二部分主要以棉纤维为载体,通过不同的途径合成成型的SBA-15/棉纤维复合材料。我们采用了XRD、低温氮吸附、TG-DSC、CO2-TPD、SEM、TEM等手段对研制出样品的物化性能进行了表征,并分别考察了MgO固体碱对异丙醇分解反应及环戊二烯甲基化反应的催化性能和SBA-15/棉纤维复合材料镀胺后的二氧化碳吸附性能。
本文取得的主要进展如下:
1.以大米粉形成的凝胶为模板,开发出新型“凝胶-模板”法来制备高比表面MgO材料。当MgO前驱体与米粉模板的用量比达到一个合适的比例时,可得到比表面积为206 m2/g和双介孔结构(其孔径分别位于3.9和5~40 nm附近)的样品,与直接焙烧四水乙酸镁制得的MgO相比,这类新型高比表面MgO具有较多的强碱位和较少的酸性位,并在异丙醇催化分解反应中表现出更高的丙酮收率和选择性,有望成为一类优良的固体碱催化剂。
2.利用大米颗粒水热处理能够吸水溶胀形成米饭的特点,开发出“原位煮饭”的新途径来制备粒径在毫米级、大小较为均一的成型MgO/C催化剂。碳化温度对形成的固体碱性能有显著影响。经973 K活化处理后,这些成型的MgO/C材料具有较高的比表面积和孔容,并在环戊二烯甲基化反应中表现出良好的催化性能。C物种的存在能有效地分散MgO颗粒,使其粒径变小;并且可能与MgO发生协同作用共同提高其催化性能。
3.以三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为无机硅源,通过在强酸中预自组装后再调节体系pH的方法,可以在弱酸性(pH=5)介质中合成出具有良好介孔结构的SBA-15材料,并且孔径随pH的增加逐渐变大。
4.在自组装初期引入脱脂棉吸收混合物溶液并控制较高的pH值可以有效地成型粉状介孔硅材料。若采用在强酸中预自组装后再调节体系pH为5的方法,可以制备出具有一定有序结构的介孔硅/棉纤维复合材料;通过硅源预水解的两步法途径,可以合成出SBA-15/棉纤维复合材料。当脱脂棉与P123的质量比达到6以上时,绝大部分SBA-15颗粒覆盖在棉纤维表面,形成纤维状成型材料。样品负载四乙烯五胺(TEPA)后表现出良好的二氧化碳吸附性能。棉纤维的使用可以成型和分散粉状的介孔分子筛材料,并且能够有效地协助分散过量的TEPA,避免形成潮湿和粘稠的固体表面,显示出明显的优势。