CuO/SiO2复合材料的制备及吸附/催化性能测定开题报告

1. 研究目的与意义

介孔材料是指孔径介于2～50nm的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。而且，这种材料的有序孔道可作为"微型反应器"。

直到1992年mobil公司的kresge和beck等报道成功地利用阳离子表面活性剂，为模板剂合成了孔径在1.5～l0nm范围可调的新型m41s系列氧化硅（铝）基有序介孔材料，才为有序介孔材料的研究吹响了号角。该材料的特点是孔道大小均匀、六方有序排列、孔径在1.5～10nm范围可以连续调节,具有高的比表面积和较好的热稳定及水热稳定性,从而将分子筛的规则孔径从微孔范围拓展到介孔领域。对于在沸石分子筛中难以完成的大分子催化、吸附与分离等过程,无疑展示了广阔的应用前景同时,由于介孔氧化硅材料所具有的规则可调节的纳米级孔道结构,可以作为纳米粒子的“微型反应器”,从而为人们从微观角度研究纳米材料的小尺寸效应、表面效应及量子效应等奇特性能提供了重要的物质基础。几年来,介孔氧化硅材料的研究已成为国际上众多领域的一个研究热点。

在化工领域的应用：（1）介孔材料具有较大的比表面积,相对大的孔径以及规整的孔道结构,可以处理较大的分子或基团,是很好的择形催化剂。特别是在催化有大体积分子参加的反应中,介孔材料显示优于沸石分子筛的催化活性。因此,介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时,能够改善固体酸催化剂上的结炭,提高产物的扩散速度,转化率可达90% ,产物的选择性达100%。除了直接酸催化作用外,由于窄的孔道分布和组成的灵活性等特点,可在介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载催化剂(可以载金属、氧化物、配合物、有机基团等) ,该领域是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域之一。(2)良好的载体。过渡金属的配合物对一些特定的有机反应具有很好的催化氧化的作用,为了将其固载化,人们曾试图将其负载于沸石分子筛上,然而受后者孔道直径的限制,这些固载化的配合物并没有很好的发挥其应有的催化活性。因而从这方面来看,选择一个合适的载体便显得至关重要,介孔材料的出现为人们寻求更加适宜的载体带来了希望。(3)化学分离。介孔材料mcm-41被应用于毛细管气相色谱柱 ,可以很好的分离碳氢化合物苯、甲苯、乙苯、正丙苯,而所用的柱长比常规的柱子短的多。

2. 研究内容和预期目标

本课题主要研究内容：

在弱酸性体系中合成为去除模板剂的介孔sio2，以此作为载体，通过研磨辅助将cu物种以自渗透的方式引入介孔sio2结构中，经过煅烧去除模板剂，制备出具有吸附和催化活性的cu修饰介孔sio2双功能材料，并以亚甲基蓝模拟有机污染物，测定所得材料的吸附和催化性能。

具体研究内容包括：

3. 研究的方法与步骤

研究方法：研磨辅助铜金属以自渗透方式掺杂进入介孔sio2结构中，制备出cu修饰的介孔sio2。

步骤：通过alcl36h2o水解弱酸性替代传统氧化硅合成hcl提供的强酸性环境体系，合成出含有模板剂的介孔sio2，通过研磨辅助将cu金属物种掺杂进入介孔sio2中，经过煅烧制备出cu掺杂介孔sio2复合材料。

(1)、实验所用的主要原料：聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（p123）、三水合硝酸铜、正硅酸四乙酯（teos）、去离子水；

4. 参考文献

[1] 赵谦, 储金宇, 姜廷顺, 等. 介孔二氧化钛的制备及铜(Ⅱ)对其光催化氧化活性的影响[j]. 理化检验: 化学分册, 2008, 44(11): 1085-1088.

[2] 段涛, 彭同江. 介孔sio₂材料的研究进展[j]. 中国非金属矿工业导刊, 2005(6): 8-12

[3] 张春. 掺杂co的介孔sio₂的制备与表征[j]. 安徽大学学报.2010, 34(4): 76-80.

5. 计划与进度安排

2022-01-15 ～ 2022-01-25 熟悉介孔氧化物材料的制备工艺

2022-03-05 ～ 2022-03-27 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告，合成掺杂铜的介孔氧化硅样品。

2022-03-28 ～ 2022-04-30 完成样品表征以及催化吸附。