化學(xué)工程與工藝專業(yè)創(chuàng)新實驗

摘要：MCM-41中孔分子篩具有相當(dāng)大的潛在價值。該文在堿性條件下，采用水熱晶化法，以硅酸鈉為硅源，表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨為結(jié)構(gòu)模板劑，成功合成出MCM-41中孔分子篩。采用XRD，IR，TG等表征手段研究了合成條件（pH值），凝膠后處理條件（老化時間，晶化時間和焙燒溫度）和堿介質(zhì)的選擇對MCM－41結(jié)構(gòu)的影響。

關(guān)鍵詞：MCM-41分子篩 晶化時間 十六烷基三甲基溴化銨的量 溫度

中圖分類號：O658 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-01

MCM-41分子篩是一種中孔分子篩催化材料，孔徑大小在1.5～10nm范圍，廣泛適用于具有較大分子尺寸的有機(jī)反應(yīng)物之間的催化反應(yīng)。

具有高比表面積（約1000 m2/g）和大吸附量（大于0.7 ml/g）的特點(diǎn)，有利于有機(jī)分子的快速擴(kuò)散，能為大分子擇型反應(yīng)提供有利空間和有效酸性活性中心，這類分子篩具有重要的理論和實際意義的課題，介孔材料存在巨大的比表面積及規(guī)則的孔道排布，在材料的表面有可能形成催化活性中心，用于催化酸、堿或氧化還原反應(yīng)。

1 實驗內(nèi)容

1.1 實驗藥品

十六烷基三甲基溴化銨，乙二胺，正硅酸乙酯，鹽酸。

1.2 實驗儀器

磁力攪拌器，反應(yīng)釜，干燥箱，抽濾機(jī)。

1.3 制備步驟

(1）將1.767 g十六烷基三甲基溴化銨溶解于48.0 ml去離子水中，再加入0.583 g乙二胺，攪拌15 min；

(2）逐滴、緩慢加入8.524 g正硅酸乙酯，保持溫水浴（約35 ℃至40 ℃），繼續(xù)攪拌2 h；

(3）調(diào)節(jié)溶液pH，將試樣裝入反應(yīng)釜，在110 ℃下水熱反應(yīng)48 h；

(4）將試樣抽濾洗滌至中性、干燥8 h，最后在550攝氏度下煅燒6 h，得到MCM-41分子篩。

1.4 因素考察

(1）模板劑用量：1.178 g、1.473 g、1.767 g、2.356 g、3.534 g。

(2）晶化時間：12 h、24 h、36 h、48 h、60 h。

1.5 對MCM-41分子篩的表征

(1）X射線粉末衍射（XRD）譜圖分析：觀察X射線粉末衍射譜圖，標(biāo)記特征吸收峰，并歸納吸收峰和結(jié)晶度隨考察因素的變化規(guī)律，例如峰強(qiáng)、峰寬、峰位移。

(2）傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）分析：觀察紅外光譜圖，標(biāo)記特征吸收峰，并歸納吸收峰隨考察因素的變化規(guī)律。

(3）熱重-差熱（TG-DTA）曲線分析：觀察曲線，標(biāo)記DTA曲線吸熱峰和放熱峰，和TG曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2 表征結(jié)果分析

(1）晶化時間的影響：老化時間越長，可提高M(jìn)CM-41的孔道規(guī)整性；一定的晶化時間是必要的。

(2）X射線粉末衍射（XRD）譜圖

分析：

圖1 X射線粉末衍射（XRD）譜圖

MCM一4l的XRD圖譜中，在小角區(qū)出現(xiàn)四個衍射峰：在2。C左右有一強(qiáng)衍射峰（100），在3～7。

C有三個小峰（110）（200）（210）。這些峰的位置與六方品格衍射峰的位置吻合。文獻(xiàn)中通常采用XRD圖譜中（100）面的衍射峰高表示晶體有序度[1]。衍射峰較強(qiáng)，表明晶體有序度較高；衍射峰較弱或半峰寬較寬，表明晶體有序度較低或粒度較小；而當(dāng)XRD峰分辨不清及峰值極小，表示試樣中存在短程六角對稱或含有一定量的無定性二氧化硅。

非離子表面活性劑作模板劑時，XRD衍射峰中只出現(xiàn)一級衍射峰，說明孑L道排列的有序度較低。這是因為非離子表面活性劑與硅酸鹽物種間通過氫鍵相互作用較弱，模板劑的誘導(dǎo)作用較弱所致。

CTAB與非離子表面活性劑復(fù)合體系為模板劑時，因陽離子表面活性劑的存在會增強(qiáng)與無機(jī)物種間的作用，有助于孑L道排列有序度增加。

這樣通過調(diào)節(jié)兩類表面活性劑的比例及改變非離子表面活性劑的烴鏈鏈長，可合成有一定穩(wěn)定性的材料

（3）傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）分析：FT—IR譜圖亦常用于MCM一41的表征。測定在1O0。

C下制得的MCM一41的FT—IR譜圖，發(fā)現(xiàn)在骨架振動區(qū)（1500～400 cm）的振動峰譜與合成體系中未加模板劑（CTAB）時得到的硅膠的振動峰譜一致，即存在1081、966、804和467cm振動峰。

(4）熱重-差熱（TG-DTA）曲線分析：MCM-41中孔分子篩的熱穩(wěn)定性較好，在840 ℃時焙燒仍能保持較好的介孔結(jié)構(gòu)。

結(jié)論表明：合成MCM-41中孔分子篩時。老化時間越長，可提高M(jìn)CM-41的孔道規(guī)整性；一定的晶化時間是必要的。在合成MCM-41分子篩時，使用乙二胺的效果最好。

參考文獻(xiàn)

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