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煤系高岭土合成Al-MCM-41介孔分子筛及其催化应用

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目录

摘要

Abstract

引言

第一章 文献综述

1.1 介孔材料研究背景

1.1.1 介孔材料制备方法

1.1.2 介孔材料合成机理

1.1.3 有序介孔材料的应用

1.1.4 MCM-41 在催化领域中存在的主要问题及改进方法

1.2 高岭土改性及其在催化中的应用

1.2.1 高岭土简介

1.2.2 高岭土改性及其在催化领域的应用

1.3 一氧化碳优先氧化催化剂研究进展

1.3.1 富氢气中一氧化碳优先氧化(CO-PROX)的研究背景

1.3.2 氧化物催化剂

1.3.3 纳米金催化剂

1.3.4 贵金属催化剂

1.3.5 过渡金属催化剂

1.4 本论文研究目的、思路与内容

1.4.1 研究目的与思路

1.4.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验药品

2.2 实验器材

2.3 样品表征

2.3.1 红外光谱

2.3.2 氮气吸附-脱附

2.3.3 X 射线粉末衍射

2.3.4 扫描电镜

2.3.5 透射电镜

2.3.6 能谱分析

2.3.7 差热-热重分析

第三章 内蒙煤系高岭土组成分析

3.1 高岭土XRD

3.2 高岭土FT-IR

3.3 高岭土孔结构

3.4 高岭土TEM

3.5 高岭土EDX

3.6 高岭土TG-DTA

3.7 本章小结

第四章 介孔分子筛Al-MCM-41 合成与表征

4.1 实验部分

4.1.1 样品制备

4.1.2 样品表征

4.2 制备条件的考察

4.2.1 高岭土焙烧温度的影响

4.2.2 原料硅铝比的影响

4.2.3 反应温度的影响

4.2.4 pH 的影响

4.2.5 晶化温度的影响

4.2.6 晶化时间的影响

4.2.7 热稳定性

4.2.8 静态水热稳定性

4.3 优化条件下合成样品的表征

4.3.1 X 射线粉末衍射

4.3.2 氮气吸附-脱附

4.3.3 红外光谱

4.3.4 透射电镜

4.3.5 扫描电镜

4.3.6 能谱分析

4.4 本章小结

第五章 Al-MCM-41 在一氧化碳优先氧化中的应用

5.1 实验部分

5.1.1 催化剂制备

5.1.2 催化活性评价流程

5.1.3 催化活性评价条件

5.1.4 催化剂表征

5.2 结果与讨论

5.2.1 焙烧温度对催化性能的影响

5.2.2 铜含量对催化剂结构与催化性能的影响

5.3 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

介孔分子筛MCM-41具有比表面积大、孔径分布单一、一维有序孔道等优点,因此,在催化、吸附等领域受到人们的广泛关注。内蒙煤系高岭土资源丰富,品质好,是一种制备硅铝分子筛的优良原料。本文以内蒙古煤系高岭土为铝源,正硅酸乙酯(TEOS)为补充硅源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用水热合成法,制备了铝掺杂介孔分子筛(Al-MCM-41)。采用X射线粉末衍射、傅立叶红外光谱、扫描电镜、透射电镜等表征手段对合成样品的结构、形貌进行分析,探讨制备条件对产物结构的影响,考察样品的热稳定性和静态水热稳定性,并对一氧化碳优先氧化(CO-PROX)Al-MCM-41的载体效应进行初步探讨。原料表征结果显示:高岭土比表面积18.44m2/g,孔容0.05cm3/g,平均孔径9.96nm,主要成分为三斜晶系、P1(1)空间群、结构式Al4OH8(Si4O10)、结晶度较高的层状高岭石以及少量氧化铁和钛氧化物。高岭土在466.9℃~971.4℃范围内焙烧,生成无定形的活性硅铝,可为水热合成Al-MCM-41介孔分子筛提供全部铝源和部分硅源。考察了高岭土焙烧温度、原料硅铝比、反应温度、pH值、晶化时间、晶化温度、样品焙烧方式等制备条件对介孔分子筛Al-MCM-41结构的影响。其中主要影响因素为高岭土焙烧温度、原料硅铝比、反应温度、pH值,而晶化时间、晶化温度和样品焙烧方式对介孔分子筛的结构特征影响并不显著,只是其结构参数稍有变化。确定了合成Al-MCM-41的最优制备条件为:高岭土焙烧温度550℃、焙烧高岭土2.0g、反应温度45℃、pH值10.00、晶化温度110℃、晶化时间72h、焙烧升温速率2℃/min、样品焙烧温度550℃。在优化条件下合成的Al-MCM-41比表面积为580.65m2/g,孔容为0.54cm3/g,平均孔径为3.57nm,Si/A原子比为9。样品结晶度高,具有非均匀分布球形颗粒,大部分铝进入介孔分子筛骨架中。考察了Al-MCM-41样品的热稳定性。随着样品焙烧温度升高,硅羟基过度缩聚,导致部分有序结构坍塌,有序性有所下降。但XRD结果显示,700℃下焙烧2小时的Al-MCM-41样品仍可以保持良好的有序性。考察了Al-MCM-41样品的静态热稳定性。XRD结果显示,当在沸水中浸渍12小时,样品有序性明显下降,说明样品水热稳定性有待进一步提高。探讨了Al-MCM-41作为CO-PROX反应催化剂载体的可行性,考察了载体Al-MCM-41对催化剂结构和催化性能的影响。

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