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介孔材料凭借其规整的孔道结构、较高的比表面积、较窄的孔径分布、良好的热稳定性等特点,1992年诞生以来一直被人们广泛研究。研究者们通过控制各种合成条件,可以得到不同形貌的介孔分子筛,如纳米线状、球形、棒状、螺旋状、叶片状等,文献中已报道过多种合成介孔二氧化硅球的方法,但其中大部分方法合成出的介孔二氧化硅球的尺寸较大,粒径分布在微米至毫米间,且很难对尺寸进行精细调控。 纯硅的介孔材料缺少活性位,基本没有催化活性,所以研究者们通过溶胶-凝胶法、浸渍法以及有机官能团负载将杂原子引入介孔材料以增加其酸中心,提供活性位,提高其催化活性。 介孔材料的催化性能不仅与活性位有关,而且跟形貌及其尺寸有直接关系,将杂原子掺杂进介孔材料骨架需要精确控制其合成条件,而合成条件又对形貌有一定影响,因此在掺杂金属杂原子的同时控制介孔分子筛的形貌具有一定的挑战性。 本课题组前期工作已成功合成形貌规整、粒径分布均匀且可调的MCM-41纳米球,本论文在此基础上拟重点研究以下内容:采用溶胶-凝胶法和浸渍法,合成不同粒径、不同钒含量的V-MCM-41纳米球;研究V-MCM-41纳米球在苯羟基化反应中的催化性能。 主要研究成果如下: 1、在NaOH溶液中以阳离子表面活性剂CTAB为模板剂,TEOS为硅源,NH4VO3为钒源,采用溶胶-凝胶法和浸渍法成功合成了一系列不同钒含量和不同粒径的V-MCM-41纳米球。结果表明V-MC M-41纳米球孔道结构及形貌均比较规整,而且纳米球粒径在40-160nm范围内可调;钒含量的增加,对纳米球的形貌规整度有一定的影响,钒硅比高于0.06时,得不到规整的纳米球形貌。 2、考察了V-MCM-41纳米球在室温苯过氧化氢羟基化制备苯酚反应中的催化性能,研究了合成方法、纳米球粒径、钒含量以及各种反应条件对催化性能的影响,结果如下:V-MCM-41纳米球在本反应中表现出良好的催化活性;溶胶-凝胶法得到的样品催化性能优于浸渍法得到的催化剂,说明骨架内的钒是主要催化活性中心;纳米球粒径越小,催化效果越好;合适的反应条件可以提高材料的催化性能。 3、以硅酸钠为硅源,偏钒酸铵为钒源,在氨水条件下,得到高钒含量的V-MCM-41纳米球,介孔结构保持良好,钒硅比高达0.1,但纳米球形貌不太规整,需要进一步对合成条件进行精细调控。研究高钒含量纳米球在苯羟基化反应中的催化性能,结果表明,钒含量较高时,有利于提高苯的转化率,但是苯酚的选择性较低。