气体污染物催化治理的研究与应用介孔材料的应用——工业催化
有序介孔材料在催化中的应用,10110201 化工111 马晗,目录,1.有序介孔材料的介绍 2.研究有序介孔材料的动机 3.有序介孔催化剂的制备 4.有序介孔催化剂的应用 5.有序介孔催化剂情况总结,Introduction,有序介孔材料：有序介孔材料是指以表面活性剂为模板剂(结构导向剂)，利用溶胶一凝胶、乳化或微乳等化学反应，经过有机物和无机物之间的界面作用，组装生成的一类无机多孔材料。如MCM-41、SBA-15等均是有序介孔材料的一种。,有序介孔材料在催化、分离、大分子吸附、生物医学、化学传感、能源储存、环境保护、纳米分子器件和其它功能材料等诸多领域介孔材料显示出重要的应用价值，是国内外材料、化学和化工领域的研究热点。,Motivation,为什么研究有序介孔材料在催化剂中的应用？,1.有序介孔材料具有较大的比表面积、相对大的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。 2.有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，加快产物的扩散速度，转化率可达90，产物的选择性达100. 3.由于有序介孔材料窄的孔道分布和组成灵活等特点，可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载催化剂，更好地进行选择性催化。,Approach,有序介孔催化剂的合成方法（主要）：,硬模板法：,硬模板法是指所用模板剂是结构刚性的物质，结构相对较“硬”，如碳材料或无机粒子等固体材料。硬模板剂主要作为空间的填充物，除去硬模板后产生介孔，硬模板法客体物种组装过程中对主客体匹配作用的要求低。,软模板法是有机相和无机相间的自组装过程，起源于1992年Mobil公司合成的M41S系列材料，软模板剂是指具有“软”结构的分子或分子的聚体，如表面活性剂及其聚集体。软模板剂包括结构变性大的柔性有机分子、表面活性剂胶束、微乳液等软模板剂与构成介孔无机骨架物种之间要有较强的作用，脱出模板剂后形成介孔材料。,软模板法：,两者对比，相较硬模板法而言，软模板法有如下特点：,1.大多是双亲分子形成的有序聚集体，在模拟生物矿化方面有绝对的优势。,2.形状多样，一般都很容易构筑，不需要复杂的设备。,3.方法简单、操作方便、成本低廉。,故先进大部分有序介孔材料的合成都是以软模板法为基础的，如沉淀法，水热法以及溶剂挥发诱导自组装法等。,有序介孔材料催化剂分子的功能化设计 （举例）,1.在介孔聚合物孔道内引入官能团，制备固体催化剂,2.以介孔碳或介孔聚合物为载体，负载金属或金属氧化物制备催化剂,例如合成CMK-3后，将其置于装有发烟硫酸的反应釜中，经60处理48H后，可得到磺酸化的介孔碳材料，其-SO3H浓度可达1.3mmol/g。材料在Beckmann重排以及缩合反应中显示出很好的活性与选择性。,例如使用H2IrCL6为金属源，盐酸为聚合催化剂，间苯二酚和甲醛为碳前驱体，与F127共组装，制备了含Ir有序介孔碳，该催化剂在催化分解N2H4的反应中表现出了很高的活性。,Application,1.化工领域 2.生物和医药领域 3.环境保护和功能材料领域,1.催化剂 有序介孔材料特别是在催化有大体积分子参与的反应中，有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。因此，有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。 2.良好的载体 固体杂多酸是一种新型的催化 材料，具有超强酸的性质，它不但对环境友好，而且有低温高活性的优点，在实际应用中人们一般将其负载于适宜的载体上，有序介孔材料的孔径较大,有利于杂多酸阴离子进人而达到充分分散效果。,1.化工领域,1.酶、蛋白质等的固定和分离 有序介孔材料的孔径在2 50 nm范围内连续可调且无生理毒性的特点使其非常适用于酶、蛋白质等的固定和分离，如青霉素酰化酶在MCM-41上的固定化。 2.缓释药物 有序介孔材料具有很大的比表面积和比孔容，可以在材料的孔道内载上吡啶或者固定包埋蛋白等生物药物,并通过修饰官能团控释药物，提髙药效的持久性。利用生物导向作用，可以有效、准确地击中靶子如癌细胞或病变部位，充分发挥药物的疗效。,2.生物和医药领域,1.气体吸附剂 通过在有序介孔材料的孔道内壁接枝 氯丙基三乙氧基硅烷，得到功能化的介孔材料CPS- HMS，其去除水中微量的三氯甲烷等效果显著，去除率高达97%。 2.纳米半导体团簇粒子 上海硅酸盐研究所严东生院士领导的研究小组用乙二胺基硅烷偶联剂对介孔进行表面改性,成功地在介孔内络合Zn2+、Cd:+等 离子，经处理即可形成nIV族宽禁带ZnO、ZnS或 CdS半导体团簇粒子组装于介孔孔道中。由于纳米离 子尺寸均一，并产生了强烈的主一客体效应和量子尺寸效应，大幅增强了量子尺寸效应和荧光发射强度，在发光和光电子领域应用前景广阔。,3.环境保护和功能材料领域,Summary,有序介孔材料优良而广泛的应用性能是其得以迅速发展的巨大推动力。目前，我国对有序介孔材料的研究主要集中于有序介孔材料的制备和模板剂的选择,与国外相比,对有序介孔材料制备过程的有关机理及有序介孔材料的应用研究较少。从有序介孔材料的应用角度出发,如何有效地改善其结构和性能,合成功 能化、大孔径、多微孔道结构的有序介孔材料，应用纳米新技术开发研究有序介孔材料的新功能和新应用是有序介孔材料领域的重要发展方向。,Summary,由于有序介孔材料在分离提纯、生物材料、化学工 业、催化、信息通讯、环境、能源、新型组装材料等领域 具有多种潜在的用途，尤其是介孔和大孔材料在蛋白 质固体分离、生物传感器、药物的包埋和控释等方面的 广阔应用前景，相信，在不久的将来，人们能设计并合成出更多性能优异的有序介孔材料，在材料科学的发展中发挥更重要的作用。,Acknowledgement,1、有序介孔材料的合成及应用研究进展 付新 化学与生物工程2012,Vol.29 No.8 2、短孔道有序介孔材料的可控合成及吸附、催化性能研究 袁金芳 南京理工大学 3、功能化有序介孔催化剂的合成及应用 汪薇 上海师范大学,谢谢！,
