金屬摻雜有序孔碳分子篩的制備與結(jié)構(gòu)性能.pdf

1、碳分子篩(CMS)作為一種新型多孔吸附材料是由高含碳有機(jī)物經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤馓炕苽涞玫降?。與傳統(tǒng)的分子篩相比,碳分子篩具有均勻、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu),較高的氣體滲透性和分離選擇性以及良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,在氣體分離、催化、儲(chǔ)能等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文主要研究以高聚物為碳前驅(qū)體,采用反相懸浮聚合法制備金屬摻雜碳分子篩微粒,并探索兩種不同的模板添加方法對(duì)碳分子篩孔隙發(fā)展和金屬摻雜情況的影響:
　　一、外模板法:通過(guò)浸

2、漬法直接將有機(jī)單體、金屬鹽引入多孔性納米SiO2的孔道中,聚合后經(jīng)炭化、共還原及氫氟處理,可得到孔徑均勻的金屬摻雜碳分子篩。該方法對(duì)所制備的碳分子篩具有良好的結(jié)構(gòu)可控性。
　　二、內(nèi)模板法:丙烯腈與有機(jī)硅烷的共聚物在酸性環(huán)境下進(jìn)行水解,水解產(chǎn)物作為前驅(qū)體,經(jīng)炭化后可制備出C-Si復(fù)合型碳分子篩。其中有機(jī)硅烷部分水解成SiO2作為模板,另一部分作為硅源被引入炭質(zhì)基體中;丙烯腈中—CN水解成—COOH,與Ag+絡(luò)合。該方法不僅有利于金

3、屬催化劑的均勻分散,還克服了部分前驅(qū)體包覆在模板表面,影響碳分子篩孔隙的發(fā)展。通過(guò)考察制備過(guò)程中各因素,如合成方法、炭化溫度、升溫速率等對(duì)碳分子篩性能的影響,探索碳分子篩制備的最佳工藝。利用熱重分析(TG)、紅外光譜分析(FTIR)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)對(duì)熱解過(guò)程中前驅(qū)體化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化及炭化后產(chǎn)物的微觀形貌進(jìn)行了分析,并借助于N2吸附對(duì)碳分子篩孔隙發(fā)展情況進(jìn)行了詳細(xì)的表征和分析。結(jié)果表明:兩種方法合成出的前驅(qū)體具有相

4、似熱分解過(guò)程,通過(guò)脫氫,脫氧,碳鏈重排和環(huán)化反應(yīng)等逐漸形成無(wú)定形碳結(jié)構(gòu),而且可經(jīng)過(guò)共還原同步制備出金屬負(fù)載碳分子篩高分散微粒,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)碳分子篩孔結(jié)構(gòu)的控制。但兩者所得產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)和孔隙發(fā)展情況具有明顯差異,內(nèi)模板法能夠有效的將Si引入分子篩中,制備出C-Si復(fù)合型碳分子篩,在氣體分離方面具有優(yōu)良的選擇性和滲透性。較高的比表面積(1056cm3/g)和發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)(0.45cm3/g,占總孔體積的70％)明顯高于外模板法所制備的碳分子