论文部分内容阅读
本论文以云南砚山县的钙基膨润土为原料,对其进行湿法提纯及钠化改型研究,以膨胀容为评价指标,通过单因素和正交实验获得了钙基蒙脱石钠化改型的优化工艺条件。然后,以优化工艺条件下精制的钠基蒙脱石为柱撑基质,在其层间引入聚合羟基铝离子合成了铝柱撑蒙脱石(A1-PILM),并通过XRD、N2吸附-脱附和热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)对所合成钠基蒙脱石和铝柱撑蒙脱石的物相、孔结构和热稳定性等进行了相关的表征。最后,将铝柱撑蒙脱石作为固体酸催化剂催化α-蒎烯异构化反应和以A1-PILM为载体制备负载型纳米金催化剂(Au/Al-PILM)催化CO氧化反应,以考察铝柱撑蒙脱石在催化领域的应用效果。研究结果表明:(1)膨润土原矿经传统湿法提纯后得到的钙基蒙脱石中,大量的杂质已被有效去除,蒙脱石含量得到显著提高,但钙基蒙脱石中的方英石依然存在,这说明仅靠物理提纯法无法去除蒙脱石结构中与之紧密共生的方英石。(2)以膨胀容为评价指标,通过单因素和正交实验获得了钙基蒙脱石钠化改型的优化工艺条件,XRD分析表明,NaF改型效果明显优于传统的钠化剂NaCl,在矿浆浓度为10%,以提纯后钙基蒙脱石质量6%的NaF在60℃下对其钠化改型3h后,可得到晶面间距为1.28nm,阳离子交换容量为87.3mmol/100g的钠基蒙脱石。(3)以钠基蒙脱石为基质,成功的合成了铝柱撑蒙脱石,X射线衍射分析表明:经铝柱化剂柱撑后,所得铝柱撑蒙脱石的晶面间距增大至1.83nm,这表明聚合羟基铝离子已通过离子交换进入到蒙脱石层间,成功的实现了对钠基蒙脱石的柱撑改性。(4)N2吸附-脱附分析表明,经铝柱化剂柱撑后得到的铝柱撑蒙脱石的比表面积和微孔容均急剧增大,比表面积由原来钠基蒙脱石的56.15m2/g增大至275.76m2/g,微孔容由原来钠基蒙脱石的0.00163cm3/g增大至0.07149cm3/g。通过热重-差示扫描量热分析表明,铝柱撑蒙脱石的热稳定性明显高于原钠基蒙脱石基质,且在917℃以下铝柱撑蒙脱石的2:1型层状结构都能稳定存在。这表明钠基蒙脱石基质经柱撑后已形成比表面积大、热稳定性高、多孔结构的铝柱撑蒙脱石,更适合作为催化剂或催化剂载体的使用。(5)将铝柱撑蒙脱石用作固体酸催化剂催化α-蒎烯异构化反应,通过考察反应温度、催化剂用量和反应时间对α-蒎烯转化率的影响,获得了 α-蒎烯异构化反应的优化工艺条件:反应温度为100℃,催化剂用量为α-蒎烯的10%(质量分数),反应时间为3h。在此优化工艺条件下,铝柱撑蒙脱石对α-蒎烯异构化反应呈现出较高的催化活性,其中,α-蒎烯的转化率可达97.4%,主要异构化产物莰烯和柠檬烯的选择性分别为33.1%和30.3%。(6)以Au(en)2Cl3为金前驱体,铝柱撑蒙脱石为载体制备负载型纳米金催化剂(Au/Al-PILM),并将其应用于催化CO氧化反应,初步考察了焙烧温度、负载温度和载体性质对CO转化率的影响。结果表明,以铝柱撑蒙脱石为载体,在负载温度60℃,450℃下焙烧1h,制备的Au/Al-PILM催化剂,在反应温度250℃的下对CO的转化率可达100%。