硅酸鈉層柱材料的制備及特性研究.pdf

1、層柱材料是近年來新興的一個(gè)概念，是指利用層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的可膨脹、層間離子可交換等物化特性，通過離子交換等方式在層間域引入一些特定的大體積的離子、離子團(tuán)或分子，形成支柱將層間域穩(wěn)定撐開，從而生成的一類孔徑較大、孔結(jié)構(gòu)相對(duì)規(guī)整的新型的分子型的復(fù)合多孔材料，廣泛應(yīng)用于催化劑及其載體、擇形吸附劑、離子吸附劑、離子導(dǎo)體、電極、傳感器和光功能材料等領(lǐng)域。其中層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)被稱為層柱材料的前軀體（也稱為母體），引入的物質(zhì)被稱為柱化劑（也稱為客體）。層狀

2、硅酸鹽礦物因其特有的天然結(jié)構(gòu)，成為制備層柱材料的理想前驅(qū)體。以層狀硅酸鹽為前驅(qū)體制得的層柱材料，被稱為硅酸鹽層柱材料。
　　麥羥硅鈉石（Na2Si14O29·xH2O）是一種層間域離子單一、層間高度均勻的層狀硅酸鹽，是一種結(jié)構(gòu)非常理想的層柱材料前驅(qū)體。本實(shí)驗(yàn)選用麥羥硅鈉石為前驅(qū)體，通過離子交換法制備有機(jī)和無機(jī)柱撐的麥羥硅鈉石層柱材料。
　　首先以水玻璃和NaOH為主要原料，通過水熱合成法制備麥羥硅鈉石，并討論了反應(yīng)溫度、反應(yīng)

3、時(shí)間、陰離子種類和陽離子種類等因素對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響。XRD分析表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為160℃、反應(yīng)時(shí)間為48h時(shí)，產(chǎn)物為結(jié)晶度好且較純的magadiite相，層間距約為1.54nm。
　　通過離子交換法，對(duì)麥羥硅鈉石進(jìn)行酸化改性，制備H-magadiite。XRD分析表明，當(dāng)H+濃度為0.1mol/L、反應(yīng)時(shí)間為24h時(shí)，所制得H-magadiite的層間距較大，約為1.32nm。
　　選用十六烷基三甲基溴化銨（C16TMABr

4、）為有機(jī)柱化劑，通過離子交換法制備有機(jī)柱撐的麥羥硅鈉石層柱材料。隨 C16TMABr添加量的不斷增加，C16TMA-magadiite的層間距不斷變大；當(dāng)C16TMABr的添加量為2.5CEC時(shí)，C16TMA-magadiite的層間距達(dá)到最大值，約為3.10nm。通過SEM和FT-IR等表征手段對(duì)所得柱撐產(chǎn)物進(jìn)行了分析，均表明客體離子已進(jìn)入前驅(qū)體的層間域。根據(jù)十六烷基三甲基溴化銨的理想結(jié)構(gòu)參數(shù)和柱撐產(chǎn)物的層間距分析，推測烷基長鏈在層間

5、域可能的排列方式。
　　選用聚合羥基鋁離子（Al13Keggin離子）為無機(jī)柱化劑，分別采用一步反應(yīng)法和多步反應(yīng)法制備無機(jī)柱撐的麥羥硅鈉石層柱材料。XRD分析表明，通過多步反應(yīng)法可制得層間距為4.258nm的Al13-magadiite。
　　通過 TG-DTA手段對(duì)麥羥硅鈉石及其柱撐產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，C16TMA+的插入減弱柱撐產(chǎn)物的耐熱性，而 Al13Keggin離子的插入能夠提高柱撐產(chǎn)物的耐熱性。C