凝胶法制备Cu-BTC块体及其吸附脱除二甲基二硫醚性能

金属有机骨架材料Cu-BTC具有高孔隙率、易调控的骨架结构以及含过渡金属等特点,是吸附脱除硫化物的优异材料。采用凝胶法在常温条件下制备块状样品Cu-BTC-g,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂吸附-脱附等手段对其进行分析表征,同时测定Cu-BTC-g样品对模型硫化物二甲基二硫醚(DMDS)的静态吸附容量、吸附热力学和动力学特性。结果表明：凝胶法制备的Cu-BTC-g样品晶体平均尺寸约为0.2μm、比表面积为901 m²/g、孔体积为0.40 cm³/g,晶体尺寸、比表面积和孔体积均小于溶剂热法合成的样品Cu-BTC-s;在吸附温度298 K下,Cu-BTC-g样品的DMDS吸附容量为110.8 mg/g,比Cu-BTC-s样品提高12%。     

纳米ZSM-5/MCM-41二级孔材料的微波合成与性能

以纳米ZSM-5分子筛为原料,在碱液中,采用微波法快速消解获得硅铝源,以十六烷基三甲基溴化铵形成的胶束为模板,制备具有空心结构的ZSM-5/MCM-41二级孔材料,优化了反应温度、消解时间、晶化时间、体系p H等条件对材料合成的影响。并采用XRD、SEM、TEM、N_2物理吸附等手段对合成产物进行了表征。实验结果表明,ZSM-5/MCM-41二级孔材料的最优合成条件为:反应温度为120℃,消解时间为30 min,晶化时间为30 min,体系pH=10.0。表征结果显示,所得ZSM-5/MCM-41二级孔材料具有微孔和介孔两种孔道结构,孔体积为0.816 m L/g、比表面积可达872 m~2/g。     

核壳复合材料Y-SiO_2与ZSM-5-SiO_2的工业放大制备及其表征

考察了采用溶胶-凝胶法制备核壳复合材料Y-SiO2和ZSM-5-SiO2的工业放大过程,并采用XRD、N2吸附-脱附、SEM和TEM等方法对复合材料进行了表征。SEM和TEM表征结果显示,制备的核壳复合材料具有明显的核壳结构特征,且壳层结构连接紧密。试验结果表明,在核壳复合材料的放大过程中,采用机械搅拌的混合方式可实现核壳复合材料的工业制备,搅拌转速对其物化性质没有影响。制备的两种核壳复合材料的BET比表面积、外比表面积及孔体积均达到指标要求,两个批次的Y-SiO2试样的BET比表面积分别为866 m2/g和872 m2/g,外比表面积分别为262 m2/g和277 m2/g,孔体积均大于0.40m L/g;两个批次的ZSM-5-SiO2试样的BET比表面积分别为426 m2/g和418 m2/g,外比表面积分别为222 m2/g和217 m2/g,孔体积均大于0.20 m L/g。两种核壳复合材料的工业放大试验过程的重复性好,可满足大规模工业化生产的需要。     

程序升温处理对HKUST-1吸附甲烷性能的影响

以Cu(NO3)2和均苯三甲酸为反应物、N,N′-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法合成出结构稳定的金属有机骨架材料HKUST-1;对HKUST-1进行程序升温处理,采用FTIR、SEM和N2吸附-脱附等方法对处理前后的试样进行了表征,并考察了HKUST-1对CH4的吸附性能。实验结果表明,程序升温处理可脱除残留在HKUST-1孔道内的溶剂和杂质组分,使更多的Cu2+活性位暴露出来,提高其吸附CH4气体的能力;230℃是较为合适的程序升温处理温度,处理后HKUST-1的比表面积和孔体积分别为1 505.4 m2/g和0.720 cm3/g,在298 K和3.5 MPa下,CH4吸附量达到220.36 cm3/g(9.84 mmol/g)。     

Al-ITQ-13分子筛的碱改性及其催化裂化性能

以粗孔硅为硅源、拟薄水铝石为铝源直接合成了Al-ITQ-13分子筛原粉,然后利用不同浓度的NaOH溶液对Al-ITQ-13分子筛进行碱改性,并采用XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD和吡啶吸附FTIR等方法对碱改性前后的Al-ITQ-13分子筛进行了表征;以正辛烷催化裂化作为模型反应,考察了碱改性前后Al-ITQ-13分子筛的催化性能。实验结果表明,经碱改性的AlITQ-13分子筛的比表面积、微孔比表面积、总孔体积和微孔体积均有所增大;酸强度降低,中强酸量增加。在500℃、催化剂用量50 mg、0.1 MPa、在线反应15 min的条件下,Al-ITQ-13分子筛的催化活性及乙烯、丙烯选择性与工业ZSM-5分子筛相当,而经0.20 mol/L NaOH溶液处理的Al-ITQ-13分子筛的低碳烯烃(乙烯和丙烯)选择性比未经碱改性的Al-ITQ-13和工业ZSM-5分子筛分别提高了8.10,7.09百分点。     

二乙烯苯基共聚物的合成、表征和二氧化碳吸附性能

采用溶剂热方法合成了介孔聚合吸附材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附仪(BET)、红外光谱仪对合成的吸附材料进行了表征,并通过CO2吸附评价实验研究了不同聚合条件、不同工艺条件对CO2吸附性能的影响。结果表明:聚二乙烯苯氨基化产物(Ⅰ)、二乙烯苯与4-乙烯吡啶共聚物(Ⅱ)、二乙烯苯与1-乙烯咪唑共聚物(Ⅲ)均为介孔结构,比表面积在200m2/g~800m2/g,孔径在20nm~50nm;其CO2吸附能力的顺序为:Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ。     

吸附材料ZIF-8的制备及其储甲烷性能

采用水热合成法制备了沸石咪唑酯骨架吸附材料(ZIF-8)。用XRD、FTIR、N2吸附-脱附和SEM等方法对ZIF-8的结构进行了表征。表征结果显示,ZIF-8具有很高的结晶度和优良的水稳定性,晶体结构为方钠石拓扑结构,孔径主要分布在0.4~1.2 nm,BET比表面积为1 453 m2/g,孔体积为0.64 cm3/g。用甲烷吸附实验考察了ZIF-8对甲烷的干储和湿储性能。实验结果表明,在274.15 K、压力低于10 MPa时,甲烷吸附量的大小顺序为:湿ZIF-8干ZIF-8压缩甲烷;在274.15 K、10 MPa的条件下,湿ZIF-8的甲烷吸附量为178(体积比),干ZIF-8的甲烷吸附量为163。湿ZIF-8存储甲烷过程中的压力变化包括吸附阶段、诱导阶段、快速生成阶段和反应后期。     

碱酸联合处理H-ZSM-5沸石多级孔改性

采用水热合成和离子交换法制备H-ZSM-5沸石。以硅铝比为47的H-ZSM-5沸石为介孔改性原料,用水热碱预刻蚀—碱溶滤—酸洗处理法制备微孔-介孔材料。采用XRD、N2吸附-脱附、FTIR、SEM、TEM等技术,考察逐级碱酸处理过程和水热碱预刻蚀温度对改性沸石介孔形成、介孔尺度分布和织构性质的影响。实验结果表明,碱酸改性沸石具有较高的比表面积、介孔率和微孔-介孔结构性质,同时较好地保留了H-ZSM-5沸石的骨架结构。升高水热碱预刻蚀温度导致改性沸石的微孔体积、比表面积、相对结晶度和收率逐渐下降,总比表面积增幅由38%降至34%,附加介孔体积与总孔体积的比保持在70%以上。水热碱预刻蚀温度为358 K的HZ-2试样的介孔比表面积和介孔体积最大,分别为209.8 m2/g和0.295 cm3/g,微孔与介孔的体积之和可达0.364 cm3/g。     

Cu-BTC/Al_2O_3复合材料的制备及其吸附甲烷性能

采用原位浸渍法合成了Cu-BTC/Al_2O_3复合材料,利用XRD、SEM、N_2吸附-脱附等方法比较了预置有机配体于载体对复合材料的性质及其吸附甲烷性能的影响。实验结果表明,预置有机配体有利于降低Cu~(2+)和BTC-的竞争吸附,使得较多的Cu-BTC晶体在Al_2O_3载体内部生成,保留了Cu-BTC的晶体结构特点和微孔结构特点,随着有机配体预置量的增加,复合材料的甲烷吸附量也增加。在298 K和3.5 MPa下,适宜的有机配体预置量为35%(w),Cu-BTC/Al_2O_3复合材料的最大甲烷吸附量为100.50 cm~3/g。     

合成HKUST-1金属有机骨架材料的母液及其再结晶性能

以硝酸铜为金属离子、1,3,5 均苯三甲酸（H3BTC）为配体,在水热条件下合成了铜基金属有机骨架材料（HKUST 1）。以甲烷作为吸附存储对象,研究了HKUST 1材料及其母液再结晶材料理化性质的变化趋势,得到其甲烷吸附等温线。结果表明,经过3次母液再结晶的产物仍然具有与HKUST 1相似的晶体结构和微孔结构,其BET比表面积和微孔体积分别为1984 m2/g和0722 cm3/g。在25℃和3500 kPa条件下,3次再结晶产物的甲烷吸附量为207 cm3/g,母体HKUST 1材料的甲烷吸附量为226 cm3/g,说明再结晶产物具有一定的气体吸附存储能力和应用价值。。