《多級中微孔鋯鋁氧化物（分子篩）的合成及其性能研究》是依託太原理工大學，由李瑞豐擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多級中微孔鋯鋁氧化物（分子篩）的合成及其性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李瑞豐
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
製備高穩定性和高比表面的晶體鋯鋁氧化物強酸孔材料是解決直鏈烷烴異構化催化劑和合成生物柴油催化劑的關鍵所在。該材料具有規整的微孔和中孔多級結構；以微孔結構增強其穩定性，以中孔結構改進分子的擴散，以Zr-O-Al骨架結構穩定其鋯鋁氧化物的晶體結構和孔道結構，並結合硫化技術調節其表面酸性能。合成該材料將一步解決強酸和孔道結構有效集成的難題。依據氧化鋯和氧化鋁特有的化學性能，選擇溶膠-凝膠法和金屬醇鹽水解法等技術路線製備合成鋯-鋁膠體氧化物，作為合成材料的前驅體；選擇合成微/介孔材料的季銨鹽和表面活性劑作為模板劑，以水熱合成為主要方法製備鋯鋁孔材料。多級孔晶體鋯鋁氧化物不僅是良好的催化劑載體，也是超強酸材料的基礎。以直鏈烷烴的異構化和生物柴油製備為模型反應，表征硫化鋯鋁孔材料的表面結構、孔道性能和超強酸性能。研究前驅體膠體性質與骨架組成、模板劑性能與孔結構的關係，揭示鋯鋁多級孔材料形成和作用機理。
結題摘要
針對提高多相催化劑酸強度以提高直鏈烷烴異構化性能和增加生物柴油收率的關鍵問題，本課題旨在開拓一條新穎、可控的合成路線以製備結構可控、穩定性高、高比表面積、孔壁性質及酸性可調的鋯(鋁)氧化物強酸孔材料為研究目標，藉助溶劑揮發誘導協同共自組裝機理及蒸汽相水解機理，通過選擇性引入金屬雜原子並進一步最佳化溶劑熱後處理條件，以調控合成體系中鋯、鋁物種的水解－聚合速率、羥基含量及其與模板劑膠束親水嵌段間的相互作用，成功實現氧化鋁及氧化鋯基催化材料在介觀尺度上的有序自組裝，並在微觀尺度上調節材料孔壁中鋁原子的配位狀態及酸中心含量。重點考察了金屬雜原子的引入種類、引入量、引入方式及合成條件對所得材料孔道結構、穩定性、孔壁性質的影響，進而對催化反應活性及穩定性的影響。主要工作包括：(1). 成功合成得到系列高穩定有序氧化鋁基介孔催化材料，並揭示雜原子改性介孔氧化鋁材料的三組份協同共自組裝合成機理；(2). 通過考察金屬雜原子物種的存在狀態對所得材料孔壁性質的影響，深入認識雜原子對介孔氧化鋁孔壁改性的作用機理；(3). 通過最佳化有機模板劑結構組成及最佳化製備工藝，製備得到系列具有高比表面積的超微孔氧化鋁基介孔催化材料；(4). 基於對鋯物種水解―結晶速率的雙控合成機理，製備得到系列具有四方相硫化氧化鋯基的固體超強酸孔材料；(5). 提出一種無機鋁鹽自水解一步水熱嫁接法，成功製備得到高穩定有序且孔壁富含B酸中心的Al-SBA-15介孔材料。研究結果表明，合成體系中適量金屬雜原子及有機羧酸的引入可顯著抑制Al物種的聚合速率，保留更多量Al-OH用於與模板劑親水嵌段間進行氫鍵作用。所得樣品具有高度有序的二維六方介孔結構、高度均一的介孔孔徑及更高的比表面積和孔體積。此外，骨架中金屬雜原子在原子水平上的高度均勻分散及金屬雜原子-O-Al鍵的形成，兼具促進材料孔壁中Al物種的交聯，增加四、五配位骨架鋁的相對含量及有效抑制金屬活性組分流失，提高其催化性能和穩定性的雙重功效。通過本課題的研究，不僅豐富非矽基介孔材料的製備理論和技術，且有望製備出結構和性能優越的新型氧化鋁(鋯)基催化材料。
