介孔鋁基尖晶石的制備及其表面化學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、尖晶石結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬氧化物作為一類重要的無機半導(dǎo)體功能材料，因具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性能而廣泛的應(yīng)用于光、電、磁、催化等領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)高溫固相燒結(jié)等方法制備出的尖晶石材料存在整體均一性較差，比表面積較小等缺點而限制了這類材料的應(yīng)用。而具有特殊結(jié)構(gòu)的尖晶石型功能材料往往在很多方面表現(xiàn)出許多不同于一般材料的優(yōu)異性能。因此，亟待設(shè)計開發(fā)出更具可實施性和多功能性的新方法。另外目前人們對于尖晶石型礦物表面化學(xué)性質(zhì)的研究相對較少，而確定尖晶石的表面

2、絡(luò)合平衡常數(shù)能夠為開發(fā)和使用這類材料提供理論基礎(chǔ)與指導(dǎo)，因此具有十分重要的意義。
　　 本文以一定配比的短鏈正丁胺和長鏈直鏈烷醇（正己醇、正癸醇、正十二醇）為混合模板劑，采用共沉淀法制備出了ZnAl2O4、CuAl2O4、CoAl2O4、 MnAl2O4及Zn2TiO4五種納米介孔尖晶石。利用X射線粉末衍射(XRD)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、氮氣吸附-脫附測試技術(shù)、傅里葉變換紅外(FTIR)光譜以及熱失重-差熱分析(TG/

3、DTA)等技術(shù)對產(chǎn)物進行了表征分析。結(jié)果表明實驗制備出的五種尖晶石均屬于介孔材料，它們擁有較好的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)、較大的比表面積以及一定量的孔容。
　　 制備出了孔徑可調(diào)介孔ZnAl2O4尖晶石，隨著直鏈烷醇碳鏈長度的增長，ZnAl2O4的比表面積、孔徑以及孔容等參數(shù)有規(guī)律的增大。使用正十二醇、500℃煅燒得到的ZnAl2O4具有最大的比表面積為298 m2·g-1。制備的介孔ZnAl2O4具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，即使煅燒溫度達到了800

4、℃，比表面積也超過150 m2·g-1。所有樣品均具有相對均一的孔徑分布和較大的孔容量，孔徑分布在3.1到12.1 nm納米之間變化。初步掌握了介孔ZnAl2O4的形成機理，我們認(rèn)為介孔的形成主要是通過正丁胺與不同鏈長的直鏈烷醇之間的互相協(xié)同作用而形成聚團，并最終形成了孔洞。
　　 考察了模板劑濃度變化對合成介孔CuAl2O4孔結(jié)構(gòu)的影響。控制各反應(yīng)原料的用量不變，通過改變水的體積來改變模板劑濃度(40～120 mL)。結(jié)果表明

5、，當(dāng)用水量達到120 mL時制備出的CuAl2O4樣品不是介孔結(jié)構(gòu)，而當(dāng)水的用量從80 mL逐漸減小到40mL時，產(chǎn)品的孔徑由9.3 nm增加到了17.4 nm，最佳的用水量為80 mL，此時CuAl2O4樣品的比表面積為109 m2·g-1，孔徑和孔容分別為9.4 nm和0.341 cm3·g-1。采用連續(xù)在線原位ATR技術(shù)研究合成的介孔CuAl2O4對丁基和辛基黃藥吸附，發(fā)現(xiàn)介孔CuAl2O4對黃藥具有很好的吸附效果。在100 mi

6、n時間內(nèi)對丁基和辛基黃藥的吸附量分別達到236mg·g-1和300 mg·g-1，通過解吸實驗發(fā)現(xiàn)黃藥在CuAl2O4表面發(fā)生了化學(xué)吸附。對所得的實驗數(shù)據(jù)進行擬一級和擬二級動力學(xué)模型進行模擬可知，CuAl2O4對黃藥的吸附過程更接近于擬二級動力學(xué)方程。
　　 成功制備出了CoAl2O4、 MnAl2O4和Zn2TiO4三種介孔尖晶石。結(jié)果表明在制備介孔MnAl2O4時，采用丁胺和直鏈烷醇組成的混合模板劑可以成功制備，而無模板劑或

7、使用其它一些常用的模板劑時制備不出MnAl2O4。介孔MnAl2O4在低溫150℃時對NO表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇催化還原能力。Zn2TiO4在800℃能形成，主要是通過中間相Zn2Ti3O8和ZnO的燒結(jié)反應(yīng)而形成的，在可見光的照射下Zn2TiO4和Zn2Ti3O8對羅丹明-B表現(xiàn)出較好的催化效果，60 min內(nèi)Zn2Ti3O8可將5 mg·L-1RB降解完全。
　　 最后我們利用自動電位滴定技術(shù)研究了不同比表面積、不同金屬介孔鋁基尖