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摘 要

本文以硅酸钠为硅源，分别以十二、十四、十六、十八烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，偏钒酸铵为钒源，氨水为催化剂，采用水热法一步合成了具有不同孔径大小的V-MCM-41，并用小角XRD、大角XRD、BET、FT-IR、UV- Vis对所合成催化剂的物理化学性质进行表征，结果表明，所合成的不同孔径大小的催化剂都具有典型的二维六方结构，并且随着表面活性剂碳原子数的增加，所合成的催化剂孔径也呈线性增加。并以萘羟基化一步合成萘酚为探针反应，研究了孔径大小变化对催化效果的影响。

关键词：V-MCM-41 孔径 萘 羟基化 萘酚

The Effect of V-MCM-41 Aperture Variation on The Hydroxylation Reaction of Naphthalene
Abstract

In this paper, V-MCM-41 with different pore sizes are synthesized by direct hydrothermal synthesis method, with sodium silicate as silicon source, dodecyl, myristyl, cetyl, octadecyl trimethyl ammonium bromide as surfactant respectively, ammonium metavanadate as vanadium source and ammonia as catalyst. The physical and chemical properties of the synthesized catalysts were characterized with low-angle and wide-angle XRD, BET, FT-IR and UV- Vis. The results showed that the synthesized catalyst of different pore sizes has a typical two-dimensional hexagonal structure, and the pore size increases linearly with the increase the number of carbon atoms of the surfactant. Then the influences of pore size variation on the catalytic effect are researched, based on the hydroxylation reaction of naphthalene.

Key Words: V-MCM-41; Aperture; Naphthalene; Hydroxylation; Naphthol

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 介孔分子筛的简介 1

1.2 介孔分子筛的合成 2

1.2.1 介孔分子筛的合成方法 2

1.2.2 介孔分子筛的合成机理 2

1.3 介孔分子筛的改性 4

1.4 介孔分子筛的表征 4

1.4.1 X射线衍射 5

1.4.2 N₂吸附-脱附曲线 5

1.4.3 紫外漫反射光谱 5

1.4.4 傅立叶变换红外光谱 6

1.4.5 扫描电镜和透射电镜 6

1.4.6 其它表征方法 6

1.5 MCM-41介孔分子筛的孔径调节 6

1.6 介孔分子筛的催化性能 7

1.7 论文选题及研究思路 8

第二章 实验部分 9

2.1 实验试剂 9

2.2 催化剂合成 9

2.3 催化剂表征 9

第三章 结果与讨论 11

3.1 X射线粉末衍射 11

3.2 N₂吸附脱附曲线 12

3.3 傅立叶变换红外图谱 13

3.4 紫外光谱分析 14

3.5 不同孔径对催化性能的影响 14

第四章 结论 16

参考文献 17

致 谢 21

第一章 文献综述

1.1 介孔分子筛的简介

通过凝乳化、微乳或胶-溶胶等化学变化过程，使用表面活性剂作为模板剂，使用有机物以及无机物之间的界面组合而成的，并且孔径在 15Å–100Å 之间的一类物质就被称为介孔分子筛。

介孔分子筛具有以下几个方面的优秀特点：（1）热稳定性良好；（2）孔径分布比较窄，并且可以依靠改变合成条件来调节孔径大小；（3）长程有序的规则介孔结构；（4）具有可修饰的骨架；（5）具有可调控的形貌、结构、尺寸；（6）具有比较大的比表面积及孔隙率。

目前主要有以下几大类型的介孔材料：M41系列、SBA系列、ZSM系列、MSU系列、HMS系列、FDU系列。

1992年，美国美孚公司的工作人员完成重大突破。他们有别于传统微孔沸石分子筛合成过程中，利用单个离子起模板或溶剂化的分子作用的原理^[1,2]，而利用规则有序的阳离子型季铵盐表面活性剂作为模板剂，合成了M41s系列硅酸盐/硅铝酸盐介孔分子筛材料 。M41s系列材料主要含有MCM-41、MCM-48、MCM-50，他们的结构各自是二维六方、三维立方和层状结构。M41s系列材料的制备方法比起其它系列的介孔材料要更为容易，所以它是现阶段研究得最多的介孔材料系列。它们通常是使用阳离子型表面活性剂作为模板剂，在碱性条件下通过S I^–作用（S 为表面活性剂物种，I^–为硅物种）形成介观相，然后通过老化、离心、分离过程，最后使用煅烧或萃取法除去模板剂，以此合成M41s系列介孔材料。

MCM-41介孔材料具有的六方层状一维孔道结构非常规则有序，它的合成步骤更为简易，孔径分布更窄，同时还有表面性质以及孔径可调节等优良特性。因此，它在分离，吸附，均相催化等方面都被大量研究^[3]。

1.2 介孔分子筛的合成

1.2.1 介孔分子筛的合成方法

对于MCM-41 介孔材料合成方法的研究在一直发展，从最开始的水热法进化到超声法，相转变法，高温焙烧法，水热晶化法，微波辐射法，室温合成法，非水相体系合成法，湿胶焙烧法以及杂多酸协助法等等众多其他的合成方法。不仅如此，随着模板剂^[4,5,6]的出现及进步，合成技术的不停改进以及合成工艺的不断改善，具有特殊结构以及优越性能的介孔分子筛大量涌现。

合成介孔分子筛可以在各种条件下实现。合成介质可以是强酸性或是强碱性，合成温度可以从室温高至220℃左右，表面活性剂可以为阳离子、阴离子、中性、多电荷、多烷基链以及嵌段高分子聚合物等。

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