无机微孔材料的发展及现状.pdf

毕业论文文献综述 化学工程与工艺 无机微孔材料的发展及现状 一、前言部分 具有开放骨架结构的无机微孔材料一直引起人们的极大兴趣，这不仅是因为这类化合 物具有复杂的形态学结构，更重要的是它们具有分离、吸附、离子交换和催化等特殊性能。 随着研究的深入，微孔化合物的应用领域也越来越广阔（表 1）。 表 1 微孔化合物的应用领域 干燥 天然气、裂化气、化学溶剂 分子筛和 分离 分离气体混合物，烷、烯烃分离，糖分离 吸附剂 纯化 天然气除 CO2 及硫化物 吸附 清除 Hg、NO x 、SOx 等有害物，气体储存 催化剂和 石油，化工 烷基化，裂化，异构化，氢化和脱氢，精细化工 催化剂载体 无机反应 H2 S 氧化， CO 氧化， NO 氧化，分解水 日化，环保， 纯净水制备，洗涤剂添加剂，核废料处理，废水处理， 离子交换剂 农业 缓释化肥 多孔结构 高科技 微电极，化学电池，太阳能转换，敏感器件，光电材料 其它 造纸填料，水泥，饲料添加剂 二、主题部分 2.1 无机微孔材料的分类 多孔无机固体材料 [1] 可以是晶体或是无定形， 由于其内部孔腔尺寸分布范围宽和拓扑学 结构的丰富多样性，它们被广泛地应用在吸附、非均相催化、各类载体和离子交换等领域。 按照国际纯粹和应用化学协会（ IUPAC ）的定义，多孔材料可以按它们的孔径分为三类 [2] ： 小于 2 nm 为微孔 （micropore ）；2 至 50 nm 为介孔 （mesopore）；大于 50 nm 为大孔 （macropore ）， 有时也将小于 0.75 nm 的微孔称为超微孔。其中结构性能最为独特的是无机微孔晶体材料， 它可分为硅铝酸盐（沸石分子筛） 、磷酸盐和其它一些层柱状化合物（如图 1）。 图1 分子筛家族 2.2 沸石分子筛 沸石是最广为人知的微孔材料家族。沸石具有三维空旷骨架结构，其骨架是由硅氧四 面体 SiO4 和铝氧四面体 AlO 4所组成，统称为 TO 4 四面体（基本结构单元） [3] 。所有 TO 4 四面 体通过共享氧原子连接成多员环或笼，被称为次级结构单元（ SBU ）。图 2展示了常见的次 级结构单元。 这些次级结构单元组成沸石的三维结构。 骨架中由环组成的孔道是沸石最主要 的结构特征， 而笼可以被看成是更大的建筑块。 通过这些 SBU 不同的连接可以产生许多甚至 无限的结构类型。例如，从 β笼（方钠石笼）出发，可以产生方钠石（ SOD ） （一个β笼直接 连接到另外一个 β笼）， A 型沸石（ LTA ）（二个 β笼通过双 4员环相连），八面沸石（ FAU ） （二个β笼通过双 6员环相连）和六方结构的八面沸石（ EMT ）（另一种二个 β笼通过双 6员 环的连接方式）。在 A 型沸石中， β笼围成一个直径为 11.4 ? 的大笼，其最大窗口只有 8员环 （直径约4.1 ? ），而在八面沸石 （FAU ）中， β笼围成一个直径为