《中孔分子筛MCM41对镉离子吸附性能研究毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中孔分子筛MCM41对镉离子吸附性能研究毕业论文（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中孔分子筛MCM-41对镉离子吸附性能研究摘 要： 采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂作模板，正硅酸乙脂(TEOS)为硅源，在不同时间内不同的晶化条件合成了具有中孔分子筛MCM-41。通过X射线衍射（XRD）对样品进行了表征，讨论了不同的晶化条件对中孔分子筛的晶体结构的影响。选择合成样品中结构有序性高的中孔分子筛MCM-41吸附溶液中的Cd2+，用原子分光光度计测定吸附后Cd2+的浓度，探讨了分子筛用量、不同PH值、不同反应时间对分子筛吸附Cd2+的影响。 实验结果表明：当分子筛用量增大，其吸附率不断提高；当分子筛加入量达到平衡所需量以后，继续增大用量会使平衡吸附量降低；当溶液pH
2、值从4增加到8时，分子筛对Cd2+的吸附量和吸附率随着pH值增大而增加，说明在碱性条件下，有利于提高MCM-41材料对Cd2+的吸附；当吸附时间从30 min增加到40 min时，分子筛对Cd2+的吸附量和吸附率随着反应时间增加而增加，但继续增加时间，分子筛对Cd2+的吸附量和吸附率并无明显变化，说明吸附时间大于40 min后，时间对吸附效果的影响不明显。关键词： 中孔分子筛； MCM-41； 吸附 ；镉Study on Adsorption of Cadmium() Ion onto Mesoporous Molecular Sieves MCM-41 Abstract: Using cet
3、yltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant as template, tetraethyl orthosilicate (TEOS) as silica source, molecular sieve MCM-41 was synthesized at different time and different crystallization condition. The synthesized samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and the effect of cryst
4、allization condition on the mesoporous molecular sieve crystal structure were discussed. The highly orderd samples were selected to absorb the Cd2+ solution. The amount of Cd2+ absorbed onto MCM-41 were determined by Fire Atomic Absorption Spectrophotomere (FAAS). The effect of amount of the sieves,
5、 the different pH valunes and the different reaction time on the MCM-41 adsorption of Cd2+ were discussed. The results show that the adsorption ration increased with increasing the amount of MCM-41. But when the amount of the MCM-41 added beyond the balanced amount, the equilibrium adsorption capali
6、ty decreased. When the pH of the solution increased from 4 to 8, the ration of MCM-41 adsorption increased. It suggested that alkaline condition could help improve the adsorption capity. When the adsorption time increased from 30 min to 40 min, the adsorption amount and ration of MCM-41 increased. B
7、ut the adsorption amount and ration didnt changed when increasing more time. It suggessted when the adsorption time beyond 40 min, time had no effect on the adsorptionKey words: Mesoporous molecular sieve; MCM-41 ; Adsorption ；Cadmium 目 录引 言11 验部分51.1 主要实验仪器及药品51.1.1 实验仪器51.1.2 实验药品51.1.3 表征仪器51.1.4
8、 原子吸收分光光度计工作条件51.2 实验部分51.2.1 中孔分子筛MCM-41的合成51.2.2 分子筛对镉离子的吸附性能的测定61.3 分子筛结构的表征72 结果与讨论72.1 MCM-41的表征72.2 镉离子吸附试验部分92.3 不同条件对分子筛吸附镉离子的影响92.3.1 分子量用量对镉离子性能的影响92.3.2 溶液pH对MCM-41吸附性能的影响102.3.3 吸附时间对MCM-41吸附性能的影响12结 论14参考文献15致 谢17引言分子筛是一种人工合成的以表面活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶（sol-gel）、乳化（emulsion）或微乳（microemulsion）等化学
9、过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的一类孔径在1.3-30 nm之间、孔分布窄且具有规则孔道结构的无机多孔材料。依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子，因而被称为“分子筛”。1992年美国Mobil 公司的Beck1, 2 等用液晶模板技术合成出了1.510.0 nm范围内，且孔径可调的新型分子筛M41S 族，其中MCM-41的孔道一维均匀，呈六方有序排列，同时具有很大的比表面积(700 m2g- 1)和吸附容量(0.7cm3g- 1)，突破了以往分子筛如VPI-53、Cloverite4等微孔晶体孔径不超过1.2 nm的界限，从而为大分子反应，尤其是石油化工重油组分中
10、的大分子进行择形催化反应提供了无可比拟的有利空间和有效的酸性催化活性。以MCM-41为代表的中孔分子筛的出现，标志着沸石分子筛的合成由微孔进入中孔材料阶段，目前已成为分子筛及催化学术界的研究热点。中孔分子筛的结构和性能介于无定形无机多孔材料(如无定形硅铝酸盐)和具有晶体结构的无机多孔材料(如沸石分子筛)之间，其主要特征为：（1）具有规则的孔道结构（2）孔径分布窄，且在1.3-30 nm之间可以调节（3）经过优化合成条件或后处理,可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性（4）颗粒具有规则外形，且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性中孔分子筛具有分子大小的均匀孔道结构，连续的孔道体系以及大的晶内比表面
11、等特性，在气体和液体分子分离、离子交换及工业择形催化反应等方面有着广泛的应用。目前合成中孔分子筛主要采用水热合成法。室温合成5, 6、微波合成7、湿胶焙烧法8、相转变法9及在非水体系10中合成也有少量报道。水热合成的一般过程为：(1)生成比较柔顺、松散的表面活性剂和无机物种的复合产物；（2）水热处理提高无机物种的缩聚程度,提高复合产物结构的稳定性；（3）焙烧或溶剂抽提除掉复合产物中的表面活性剂后得到类似液晶结构的无机多孔骨架，即中孔分子筛。在其合成过程中涉及到众多的物理化学过程，如从表面活性剂的角度涉及到胶束、液晶、乳状液、微乳或囊胞等不同相态的形成过程；从无机物种来考虑将涉及到溶胶-凝胶过程
12、、配位化学、无机物种的不同化学状态的热力学分布和无机物种的缩聚动力学等；而界面组装过程则涉及到两相在界面的组装作用力（如静电作用、氢键或vander Wals力、配位键等），且最终的两相组装结构将是热力学和几何因素两者均有利的结果。上述各因素彼此关联，使得合成过程中的每一个步骤都可能对产物的结构和性能产生影响，如起始凝胶中表面活性剂和 Silica之间的摩尔比，水热反应过程中的参量如(碱度11、温度12, 13、离子强度和时间14等)，模板剂的不同除去方式(如焙烧或溶剂抽提)15，选用不同的铝源16等，从而使中孔分子筛的合成规律复杂，增加了对其合成机理研究的难度。不同研究人员往往针对各自特定的
13、反应体系，运用(in-situ)XRD，TEM，SEM，TG/DTA，偏振光显微镜，FTIR，N2 吸附-脱附等温线等表征手段，研究了其合成机理并提出各自不同的看法，比较有代表性的两种观点如图0-1所示。图0-1 MCM-41的两种形成机理A液晶模板机理 B协同作用机理第一种观点为液晶模板机理（liquid-crys taltemplating mechanism或liquid-crysal phase initiated，简记为LCT），如图0-1中A所示。LCT机理基于合成产物和表面活性剂溶致液晶相之间具有相似的空间对称性而提出，主要认为中孔分子筛的合成以表面活性剂的不同溶致液晶相为模板。
14、这种观点简单直观而且可直接借用液晶化学中的某些概念来解释合成过程中的很多试验现象（如可解释反应温度、表面活性剂浓度等对产物结构的相转变规律，可利用表面活性剂胶束的有效堆积参数与不同溶致液晶相结构之间的关系来指导如何利用不同结构的表面活性剂或加入助剂来设计合成不同结构的中孔分子筛15, 17等），因此，在M41S型中孔分子筛的发展初期被广泛接受。但是随着对中孔分子筛研究的深入，LCT机理面临了难以克服的两个问题。第一是Monnier等人17在1993年发现在硅酸盐不发生缩聚(pH=12-14，质量分数为0.5%-5%)和CTAB-Water体系中只有胶团存在(如CTAB的质量分数为5%)时，将两
15、者混合并经过水热反应后可以生成M41S型中孔分子筛。第二是Huo等人18在1995年用Gemini（Cn-s-m）型的双价阳离子型表面活性剂合成出了含有笼结构的三维六角相产物SBA-2，其空间群为D46h-P6/mmc，这种对称结构在表面活性剂溶致液晶的相结构中迄今尚未见报道。关于中孔分子筛合成机理的第二种观点，即协同作用机理(cooperativeformati onmechanism或silicate anioninitiated，简记为CFM)，如图0-1中B所示，CFM机理认形成表面活性剂中间相是胶束和无机物种相互作用的结果。这种相互作用表现为胶束加速无机物种的缩聚过程和无机物种的缩聚反应对胶束形成类液晶相结构有序体的促进作用。胶束加速无机物种的缩聚过程主要由于两相界面之间的相互作用（如静电吸引力、氢键作用或配位键等）导致无机物种在界面的浓缩而产生。CFM机理有助于解释中孔分子筛合成中的诸多实验现象，如合成不同于液晶结构的新相产物19、低表面活性剂浓度下（如质量分数为5%）的合成20以及合成过程中的相转变现象21等。综上所述中孔材料的形成主要是以不同表面活性剂相为模板的界面组装过程，该过程受无机物种的缩聚动力学过程和不同缩聚单元的热力学分布以及有机相的堆积几何因素等的影响，产物所具有的最终结构(或界面形状)使该合成条件下体系的Gib
