化學工程與工藝專業創新實驗

摘要：MCM-41中孔分子篩具有相當大的潛在價值。該文在堿性條件下，采用水熱晶化法，以硅酸鈉為硅源，表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨為結構模板劑，成功合成出MCM-41中孔分子篩。采用XRD，IR，TG等表征手段研究了合成條件（pH值），凝膠后處理條件（老化時間，晶化時間和焙燒溫度）和堿介質的選擇對MCM－41結構的影響。

關鍵詞：MCM-41分子篩 晶化時間 十六烷基三甲基溴化銨的量 溫度

中圖分類號：O658 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-01

MCM-41分子篩是一種中孔分子篩催化材料，孔徑大小在1.5～10nm范圍，廣泛適用于具有較大分子尺寸的有機反應物之間的催化反應。

具有高比表面積（約1000 m2/g）和大吸附量（大于0.7 ml/g）的特點，有利于有機分子的快速擴散，能為大分子擇型反應提供有利空間和有效酸性活性中心，這類分子篩具有重要的理論和實際意義的課題，介孔材料存在巨大的比表面積及規則的孔道排布，在材料的表面有可能形成催化活性中心，用于催化酸、堿或氧化還原反應。

1 實驗內容

1.1 實驗藥品

十六烷基三甲基溴化銨，乙二胺，正硅酸乙酯，鹽酸。

1.2 實驗儀器

磁力攪拌器，反應釜，干燥箱，抽濾機。

1.3 制備步驟

(1）將1.767 g十六烷基三甲基溴化銨溶解于48.0 ml去離子水中，再加入0.583 g乙二胺，攪拌15 min；

(2）逐滴、緩慢加入8.524 g正硅酸乙酯，保持溫水浴（約35 ℃至40 ℃），繼續攪拌2 h；

(3）調節溶液pH，將試樣裝入反應釜，在110 ℃下水熱反應48 h；

(4）將試樣抽濾洗滌至中性、干燥8 h，最后在550攝氏度下煅燒6 h，得到MCM-41分子篩。

1.4 因素考察

(1）模板劑用量：1.178 g、1.473 g、1.767 g、2.356 g、3.534 g。

(2）晶化時間：12 h、24 h、36 h、48 h、60 h。

1.5 對MCM-41分子篩的表征

(1）X射線粉末衍射（XRD）譜圖分析：觀察X射線粉末衍射譜圖，標記特征吸收峰，并歸納吸收峰和結晶度隨考察因素的變化規律，例如峰強、峰寬、峰位移。

(2）傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）分析：觀察紅外光譜圖，標記特征吸收峰，并歸納吸收峰隨考察因素的變化規律。

(3）熱重-差熱（TG-DTA）曲線分析：觀察曲線，標記DTA曲線吸熱峰和放熱峰，和TG曲線上的轉折點。

2 表征結果分析

(1）晶化時間的影響：老化時間越長，可提高MCM-41的孔道規整性；一定的晶化時間是必要的。

(2）X射線粉末衍射（XRD）譜圖

分析：

圖1 X射線粉末衍射（XRD）譜圖

MCM一4l的XRD圖譜中，在小角區出現四個衍射峰：在2。C左右有一強衍射峰（100），在3～7。

C有三個小峰（110）（200）（210）。這些峰的位置與六方品格衍射峰的位置吻合。文獻中通常采用XRD圖譜中（100）面的衍射峰高表示晶體有序度[1]。衍射峰較強，表明晶體有序度較高；衍射峰較弱或半峰寬較寬，表明晶體有序度較低或粒度較小；而當XRD峰分辨不清及峰值極小，表示試樣中存在短程六角對稱或含有一定量的無定性二氧化硅。

非離子表面活性劑作模板劑時，XRD衍射峰中只出現一級衍射峰，說明孑L道排列的有序度較低。這是因為非離子表面活性劑與硅酸鹽物種間通過氫鍵相互作用較弱，模板劑的誘導作用較弱所致。

CTAB與非離子表面活性劑復合體系為模板劑時，因陽離子表面活性劑的存在會增強與無機物種間的作用，有助于孑L道排列有序度增加。

這樣通過調節兩類表面活性劑的比例及改變非離子表面活性劑的烴鏈鏈長，可合成有一定穩定性的材料

（3）傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）分析：FT—IR譜圖亦常用于MCM一41的表征。測定在1O0。

C下制得的MCM一41的FT—IR譜圖，發現在骨架振動區（1500～400 cm）的振動峰譜與合成體系中未加模板劑（CTAB）時得到的硅膠的振動峰譜一致，即存在1081、966、804和467cm振動峰。

(4）熱重-差熱（TG-DTA）曲線分析：MCM-41中孔分子篩的熱穩定性較好，在840 ℃時焙燒仍能保持較好的介孔結構。

結論表明：合成MCM-41中孔分子篩時。老化時間越長，可提高MCM-41的孔道規整性；一定的晶化時間是必要的。在合成MCM-41分子篩時，使用乙二胺的效果最好。

參考文獻

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