功能化介孔碳材料制備及催化性能的實(shí)驗(yàn)與分子模擬研究.pdf

1、介孔碳材料因其具有規(guī)整的介孔孔道結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和孔容，在催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文分別采用納米澆鑄法和水相自組裝法制備得到具有規(guī)則介孔孔道結(jié)構(gòu)的有序介孔碳材料；系統(tǒng)研究了介孔碳材料表面酸功能化及高疏水性改性方法；考察了介孔碳基固體酸催化劑的孔道結(jié)構(gòu)、表面酸性及表面疏水性對(duì)催化高酸值油脂降酸性能的影響；通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分子模擬方法探討了介孔碳材料的自組裝機(jī)理。
　　本文以介孔氧化硅為鑄型模板,采用納米澆鑄法，經(jīng)碳化、磺化后成功

2、制得磺化介孔碳固體酸催化劑。通過(guò)對(duì)澆鑄過(guò)程、碳化和磺化條件的系統(tǒng)研究表明：以蔗糖為碳源，經(jīng)過(guò)兩次澆鑄可以得到孔徑分布均一、比表面積較大的介孔碳材料；經(jīng)600℃碳化、160℃磺化6 h處理得到的磺化介孔碳催化劑的表面具有較穩(wěn)定的B酸位、酸密度較高、介孔孔道結(jié)構(gòu)完整、且骨架結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。系統(tǒng)考察了催化劑對(duì)催化高酸值油脂酯化降酸反應(yīng)的活性，研究結(jié)果表明，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，游離脂肪酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到93.8％，高酸值油脂的酸值降至2 mg KOH/

3、g以下。本文構(gòu)建了磺化介孔碳團(tuán)簇模型，通過(guò)密度泛函理論計(jì)算研究表明，甲醇更容易與預(yù)先吸附的油酸發(fā)生相互作用,而不是催化劑表面的酸性位；在表面酸中心吸附的水會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物甲醇和油酸的吸附能明顯下降。
　　在水相體系中，采用一步法成功合成得到一系列不同氟含量的含氟有序介孔碳材料。表征結(jié)果表明，該材料具有規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和均一的孔徑；氟的引入提高了材料的表面疏水性；隨著氟含量的增加、表面疏水性增強(qiáng)；磺化后的含氟介孔碳材料仍然

4、具有較強(qiáng)的疏水性。通過(guò)考察磺化含氟介孔碳催化劑在不同水含量下的催化酯化活性，發(fā)現(xiàn)在有水存在的條件下磺化含氟介孔碳仍可保持較高的催化酯化活性；氟含量越高的催化劑受水影響而使催化活性下降的程度越小。
　　采用耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法模擬研究了水相合成含氟介孔碳材料的自組裝過(guò)程。結(jié)果表明，模板劑疏水端構(gòu)成了介孔碳材料的介孔結(jié)構(gòu)；模板劑親水端和體系中的碳源共同構(gòu)成了介孔碳的孔壁；在模板劑脫除后,模板劑親水端中的碳源形成了介孔碳材料孔道壁面的微孔